از سنگ تا کشف مغناطیس و اختراع قطب نما و آهنرباهای قوی
آغاز آشنایی با مغناطیس: از تالس تا سنگ مگنتیت
یکی از نخستین کسانی که به خاصیت عجیب جذب فلزات توسط یک سنگ اشاره کرد، فیلسوف یونانی تالس بود. قبل تر از آن، مردم باستان در منطقهای به نام مگنزیا، واقع در سواحل دریای اژه، سنگی را کشف کرده بودند که اجسام آهنی را به خود جذب می کرد. این سنگ بعدها به نام سنگ مگنتیت (برگرفته از نام همان منطقه)، یا همان آهنربا شناخته شد.
جالبه بدونید: واژهی “Magnet” در انگلیسی و بسیاری از زبانها مستقیماً از نام این منطقه گرفته شده است.
از مگنتیت تا “مغناطیس“
واژهی “مگنتیت” بعدها وارد زبان عربی شد و به صورت مغناطیس درآمد. امروزه ما مغناطیس را به عنوان خاصیت جذب آهن توسط برخی مواد می شناسیم. این واژه سپس از طریق زبان عربی به فارسی و زبان های دیگر راه یافت.
قوی ترین آهن ربای طبیعی زمین
سنگ مگنتیت یا لودستون (Loadstone)، قوی ترین آهن ربای طبیعی شناخته شده روی زمین است. این سنگ حاوی اکسید آهن Fe₃O₄ (مگنتیت) است که علت اصلی خاصیت آهن ربایی آن به شمار می رود.
نکته علمی: الکترون های آزاد در مگنتیت، باعث به وجود آمدن خاصیت مغناطیسی می شوند. در طبیعت، تنها تعداد کمی از مواد چنین خاصیتی دارند.
اختراع اولین قطب نما توسط چینی ها
احتمالاً چینی ها نخستین کسانی بودند که از این سنگ به طور عملی استفاده کردند. آن ها دریافتند که اگر سوزنی را به سنگ مگنتیت مالیده و سپس آویزان کنند، سوزن در راستای شمال به جنوب قرار می گیرد. این پدیده باعث شد نخستین قطب نما ساخته شود.
این کشف در حدود قرن چهارم پیش از میلاد در متون چینی ثبت شده و بعدها در ساخت ابزارهای ناوبری مورد استفاده قرار گرفت.
ورود به اروپا و شهرت لودستون
این روش بعداً به اروپا راه یافت و در میان دریانوردان برای مسیر یابی بسیار پرکاربرد شد. از این رو، سنگ مگنتیت به نام لودستون (سنگ راهنما) معروف شد. در آن دوران، به دلیل ناشناخته بودن ماهیت مغناطیس، این پدیده برای مردم جادویی و اسرارآمیز به نظر می رسید.
نکته تاریخی: در قرون وسطی، بسیاری از افراد گمان می کردند آهنربا دارای روح یا قدرت جادویی است که فلز را بهسوی خود جذب می کند.
کشف قطب های مغناطیسی توسط پیتر پریگرینوس
در قرن سیزدهم، دانشمند ایتالیایی پیتر پریگرینوس متوجه شد که آهن ربا دارای دو ناحیه مجزا به نام قطب است.
او فهمید که:
- یکی از قطب ها همیشه رو به شمال و دیگری به سمت جنوب قرار می گیرد.
- قطب های ناهمنام (شمال-جنوب) یکدیگر را جذب می کنند.
- قطب های همنام (شمال-شمال یا جنوب-جنوب) یکدیگر را دفع می کنند.
او این یافته ها را در سال ۱۲۶۹ میلادی در کتاب معروف خود به نام Epistola de Magnete ثبت کرد که یکی از نخستین متون علمی درباره مغناطیس به شمار می رود.
تحول در ساخت آهن رباهای مصنوعی
تا قرن ها، سنگ لودستون قوی ترین آهن ربای موجود بود. اما با پیشرفت علم، انسان موفق به ساخت آهن رباهایی بسیار قوی تر شد:
- سال ۱۸۸۰: افزودن تنگستن و کروم به فولاد باعث ساخت آهن ربایی شد که ۲.۵ برابر لودستون قدرت داشت.
- سال ۱۹۱۷: با افزودن کبالت، آهن ربایی ساخته شد که ۷.۵ برابر قوی تر بود.
- در دهه های بعد، با بهرهگیری از عناصر خاکی کمیاب مانند نئودیمیم و ساماریوم، آهن رباهایی با قدرتی تا ۴۰۰ برابر سنگ لودستون تولید شد.
نکته فنی: آهن رباهای نئودیمیومی (NdFeB) امروزه در صنایع پیشرفته مانند موتورهای الکتریکی، توربین های بادی، هارد دیسک ها و حتی هدفون ها استفاده می شوند.
جمع بندی
از کشف یک سنگ عجیب در سواحل یونان باستان، تا ساخت آهن رباهای فوق قوی مدرن، مسیر شناخت مغناطیس، یکی از جذاب ترین مسیرهای علمی بشر بوده است. آنچه روزی جادو تلقی می شد، امروز پایه گذار فناوری هایی مانند موتورهای الکتریکی، ژنراتورها، قطب نماها و حتی حافظه های کامپیوتری است.
برگرفته از کانال یوتوب آرانتیک