تعريف الأقطاب المغناطيسية وطريقة تحديدها

المجال المغناطيسي المحيط بالأرض

المجال المغناطيسي المحيط بالأرض هو المجال الذي ينبثق من قلب الأرض، ويحمي كوكب الأرض من الإشعاعات الشمسية، وبدونه سيتم تجريد الغلاف الجوي للأرض بسبب الرياح الشمسية الناتجة عن هذه الإشعاعات، وهذا سيؤدي إلى تدمير الكوكب.

تعتبر الأرض كبيرًا مغناطيسًا يتميز بأقطاب مغناطيسية، وهما القطب الشمالي والقطب الجنوبي، ويقع هذان القطبان في الجزء العلوي والسفلي من الكوكب، ويكون المجال المغناطيسي للأرض مائلاً بزاوية 10 درجات من محور الأرض.

ينشئ المجال المغناطيسي تيارا كهربائيا ويتم إنتاج عدد من المعادن المنصهرة التي تتدفق في قلب الأرض. في الواقع، هذا ما يحدث مع كوكب المريخ، حيث يعتبر واحدا من الكواكب الصخرية التي تحتوي على قلب معدني وتدور حول محورها. الاختلاف بين المريخ والأرض هو أن الأرض تحتوي على معدن مذاب يمكنه إنشاء تيار كهربائي، ويعتقد العديد من العلماء أن هذا هو السبب في فقدان المريخ لغلافه الجوي، حيث لا يمتلك مجالا مغناطيسيا يحميه مثلما يحدث على الأرض.

من أين يأتي المجال المغناطيسي

هناك بعض الغموض بخصوص هذا الأمر، ولكن أغلب العلماء يتفقون أن المجال المغناطيسي يبدأ في قلب الكوكب، وتصف نظرية الدينامو، كيف يحافظ الكوكب على المجال المغناطيسي الخاص به، والدينامو هو مصدر المجال المغناطيسي ويتم إنشاؤه عن طريق مواد دوارة مثل الحديد المنصهر الموجود داخل الأرض ويكون موصلًا بالكهرباء.

تعريف الأقطاب المغناطيسية

عند تعريف الأقطاب المغناطيسية، نجد أنها تعد تلك النقاط التي ينبعث منها التدفق المغناطيسي، وتتحكم هذه الأقطاب في الجاذبية التي تميز المغناطيسية. ولدى كوكب الأرض قطب شمالي وآخر جنوبي، وعلى الرغم من أن الأقطاب الجغرافية ثابتة، إلا أن الأقطاب المغناطيسية تتغير من وقت لآخر. لذا نلاحظ أن البوصلة تتبع القطب المغناطيسي وليس القطب الجغرافي، وكلا القطبين الشمالي والجنوبي يتجاذبان.

لا يمكن تحديد وتتبع وحدات الأقطاب المغناطيسية دون استخدام المجاهر، حيث تكون هذه الوحدات في تناقض مباشر مع القوى الكهربائية مثل الإلكترونات والبروتونات التي يمكنأن تسبب تأثيرات كهربائية نتيجة للشحنات الكهربائية المنفصلة، وبالإضافة إلى ذلك، تنشأ القوى المغناطيسية بين هذه الشحنات الكهربائية عندما تكون في حالة حركة.

طريقة تحديد الأقطاب المغناطيسية

يمكن أن تتحرك الأقطاب المغناطيسية عبر سطح الكوكب، وبعد تحديد موقع الأقطاب المغناطيسية، تم العثور على القطب الشمالي المغناطيسي عند 86.54 شمالا و 170.88 شرقا، ويقع داخل المحيط المتجمد الشمالي وعادة ما يوجه من كندا إلى سيبيريا، أما القطب الجنوبي المغناطيسي فهو يقع عند 64.13 جنوبا و 136.02 شرقا، ويوجد بالقرب من ساحل القارة القطبية الجنوبية في اتجاه أستراليا.

بالنسبة لطريقة تحديد الأقطاب المغناطيسية، هناك العديد من الطرق التي يمكنك استخدامها لتحديد القطب المغناطيسي، منها

• استخدام البوصلة: يمكن استخدام بوصلة مغناطيسية وتوضع بالقرب من المغناطيس ويجب عدم لمسها، ومراقبتها بعناية لمعرفة اتجاه إبرة البوصلة، وعادة ما تشير إلى القطب الشمالي للأرض في الطرف الآخر، والقطب الجنوبي في النهاية، وبهذه الطريقة يتم تحديد القطب الفعلي.
• معرّف القطب المغناطيسي: هو مغناطيس قضيب نيوديميوم، ويتميز بحجم صغير، وهو مطلي وموجود في وسط الغلاف البلاستيكي المستدير، ويشير هذا المعرف إلى اتجاه خطوط المجال المغناطيسي بجانب الأقطاب المغناطيسية.
• محدد القطب المغناطيسي: يتم استخدام محدد القطب المغناطيسي لتصوير الأرض على أنها مغناطيس عملاق، ويتم تعريف القطب الشمالي الجغرافي على أنه القطب الجنوبي الفعلي للمغناطيس نيوديميوم، لذا القطب الشمالي في المغناطيس هو القطب الجنوبي للبوصلة.
• معرف القطب الإلكتروني: توجه رأس قلم تحديد القطب الإلكتروني في هذه الطريقة إلى أي مكان من المغناطيس، ثم يتم الضغط على الزر ليضيء مؤشر LED ويظهر الأقطاب.

تاريخ تحول وانعكاس الأقطاب المغناطيسية

قد يتغير اتجاه القطب المغناطيسي باستمرار، فنجد أنه يعكس نفسه مئات المرات خلال مليارات السنين، وتشير وكالة ناسا إلى أن هذه التغيرات تحدث بين كل 200 إلى 300 ألف سنة، وتستمر هذه التغييرات على مر الآلاف من السنين، ومع هذه التغيرات ينشأ القطب بشكل عشوائي ويتجدد على سطح كوكبنا، وفيما يتعلق بآخر تغييرات حدثت، فإنها تمت في الفترة الزمنية التي تعود إلى حوالي 780,000 سنة.

وفي السجل الجيولوجي قد وجدنا تاريخ المجال المغناطيسي، ووجدنا أنه يحتوي على الكثير من الانعكاسات والتحولات، ووجد العلماء أنه يوجد معادن تتماشى مع المجال المغناطيسي، وهذه المعادن توجد في طبقات الصخور الرسوبية، وهذه الصخور تتجدد بصفة مستمرة كما أنها يمكن الحفاظ عليها لملايين وبلايين السنين.

خصائص خطوط المجال المغناطيسي

قام العلماء بعدة استكشافات مكثفة في مجال المجال المغناطيسي، ونتج عنها مجموعة من القواعد والخصائص الصارمة التي تتضمن:

1. في الفضاء، يتم لمس خط المجال الكهرومغناطيسي في أي نقطةٍ من الفضاء، ولذلك تشير البوصلة في اتجاه هذا الخط.
2. مع تقارب الخطوط، تزداد قوة المجال مع اقتراب الخطوط وزيادة كثافتها ، ويحدث ما يسمى بكثافة المنطقة.
3. من المستحيل عبور خطوط المجال المغناطيسي، وهذا يعني أن هذا المجال فريد من نوعه بشكل كبير.
4. قد تستمر خطوط المجال المغناطيسي دائمًا، مما يؤدي إلى تشكيل حلقات مغلقة بدون بداية أو نهاية، وهذا ما يحدث مع القطب الشمالي والقطب الجنوبي.
5. لا يتداخل خطوط المجال المغناطيسي مع بعضها البعض.
6. تكوّن خطوط المجال المغناطيسي حلقة مغلقة صعبة العبور.
7. تتميز خطوط المجال المغناطيسي باتجاه وحجم في كل نقطة ضمن حقلها.
8. يعتبر المجال المغناطيسي أقوى عند القطبين الشمالي والجنوبي.
9. يعود ذلك إلى أن خط المجال المغناطيسي يكون أكثر كثافة بالقرب من القطبين.

أين تتركز قوة المغناطيس

ربما يتمثل المجال المغناطيسي بالنسبة للمغناطيس في المنطقة المحيطة به، وفي هذه المنطقة تتأثر الكثير من الأجسام المعدنية وتعتبر منطقة المجال المغناطيسي هي المنطقة التي تكون فيها قوة المغناطيس هي الأقوى وهذه المنطقة هي الأقطاب المغناطيسية التي تحدثنا عنها، وجاءت الفكرة عند تعليق المغناطيس وأصبح حرا في الدوران، يتحرك في اتجاهي الشمال والجنوب، مما يؤدي في النهاية إلى وجود القطب الشمالي للمغناطيس أو القطب الجنوبي للمغناطيس.

عند جمع الأقطاب المغناطيسية معًا، يتم جذبهما بعضهما البعض بسبب اختلافهما، وهذا يشبه فكرة الشحنات الكهربائية، حيث توجد شحنات سالبة وإيجابية، ويجذب كل نوع منها الآخر.

في النهاية، يتمثل كوكب الأرض بمغناطيس عملاق، حيث تتجذب الأقطاب المغناطيسية نحو بعضها البعض، ويتألف الكوكب بشكل رئيسي من الحديد والنيكل وبعض الصخور الذائبة في اللب الخارجي والتي تشمل المعادن، ويتحول اللب الداخلي للكوكب إلى مغناطيس عملاق عندما يتحرك في اتجاه معاكس للب الخارجي.