هل الألومنيوم مغناطيسي؟

يتفاجأ الكثير من الناس عندما لا يلتصق المغناطيس بالألمنيوم. وقد يعتقدون أن هناك مشكلة ما في المغناطيس أو في المعدن. لكن هناك سبب لهذا السلوك.

الألومنيوم ليس مغناطيسيًا بالطريقة التي يفهم بها معظم الناس المغناطيسية. فهو لا يجذب المغناطيس لأنه ليس مغناطيسيًا حديديًا، بل هو مغناطيسي بارامغناطيسي ضعيف.

لا يفكر معظم الناس أبداً في الأنواع المختلفة للمغناطيسية. لكن فهم سبب عمل الألومنيوم بالطريقة التي يعمل بها يبدأ بفهم معنى كلمة "مغناطيسية".

لماذا لا يلتصق المغناطيس بالألومنيوم؟

يعتقد معظم الناس أن جميع المعادن مغناطيسية. فيأخذون مغناطيس الثلاجة ويجربونه على الألومنيوم ولا يحدث شيء. وهذا يسبب الارتباك.

لا يلتصق المغناطيس بالألومنيوم لأنه غير مغناطيسي حديدي. المغناطيسية الحديدية هي الخاصية التي تجعل المغناطيس يلتصق بمواد مثل الحديد.

يتكوَّن الألومنيوم من ذرات تترتَّب إلكتروناتها بطريقة لا تدعم اصطفافًا مغناطيسيًّا قويًّا. وهذا يختلف عن الفلزات الحديدية المغناطيسية، حيث تصطف العديد من الإلكترونات في نفس الاتجاه، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا قويًا. وهذا هو السبب في أن المغناطيس يلتصق بسهولة بالحديد ولكن ليس بالألومنيوم.

على الرغم من أن الألومنيوم فلز، إلا أنه لا يمتلك البنية الذرية المناسبة لدعم المغناطيسية الحديدية. فهو يندرج تحت فئة تسمى "بارامغناطيسية". وهذا يعني أنه يستجيب بشكل ضعيف للمجالات المغناطيسية، ولكن ليس بما يكفي لالتصاق المغناطيس به.

مقارنة أنواع المغناطيسية

دعونا نقارن بين ثلاثة أنواع أساسية من المغناطيسية لنفهم أين يقع الألومنيوم:

الألومنيوم بارامغناطيسي. وهذا يعني أنه في حالة وجود مجال مغناطيسي قوي، ستحاول إلكتروناته الاصطفاف، ولكن بشكل طفيف ومؤقت فقط.

وحتى في هذه الحالة، يكون التأثير ضعيفًا جدًا بحيث لا تشعر بأي جذب أو ترى أي حركة من المغناطيس. لهذا السبب ينزلق المغناطيس من الألومنيوم كما لو لم يكن هناك شيء.

هل يمكن أن يصبح الألومنيوم مغناطيسيًا تحت أي ظروف؟

يتساءل الناس أحيانًا عما إذا كان من الممكن جعل الألومنيوم مغناطيسيًا بطريقة ما - ربما من خلال المعالجة أو الكهرباء أو البيئات القاسية.

لا يمكن للألومنيوم أن يصبح مغناطيسيًا بشكل دائم في الظروف العادية أو القاسية. يمكن أن يُظهِر محاذاة مغناطيسية ضعيفة في المجالات القوية، لكن التأثير يختفي على الفور عند إزالة المجال.

في بيئة مختبرية، رأيت أن الألومنيوم يمكن أن تظهر عليه علامات المغنطة عند تعرضه لمجالات مغناطيسية عالية. لكن هذا يختلف تمامًا عن أن يصبح ممغنطًا مثل مغناطيس الثلاجة أو المغناطيس الدائم.

إنه تأثير مؤقت. بمجرد زوال المجال، تعود المادة إلى حالتها غير المغناطيسية.

هذا النوع من الاستجابة المؤقتة هو ما نسميه "البارامغناطيسية المستحثة". بعبارة أخرى، لا يُظهِر الألومنيوم سلوكًا مغناطيسيًّا إلا عندما يكون داخل المجال المغناطيسي. ولا يمكنه الاحتفاظ بهذا السلوك.

عندما يبدو الألومنيوم مغناطيسيًا

هناك حالات يعتقد فيها الناس أن الألومنيوم أصبح مغناطيسيًا:

• الحث الكهرومغناطيسي: عندما يتحرَّك الألومنيوم في مجال مغناطيسي (أو العكس)، قد يُنتِج تيارات تُسمَّى التيارات الدوامة. ويمكن أن تنتج هذه التيارات تأثيرات مغناطيسية.
• درجات الحرارة المنخفضة: تصبح شبه المغناطيسية أقوى قليلًا في درجات الحرارة المنخفضة، ولكن ليس بما يكفي لجعل الألومنيوم مغناطيسيًا حقًا.
• مجالات مغناطيسية قوية: يمكن قياس التأثير في معدات المختبر، ولكن ليس باليد.

ومع ذلك، لا تجعل أي من هذه السيناريوهات الألومنيوم مغناطيسيًا بالطريقة التي يقصدها الناس عادة. في اللحظة التي تتوقف فيها هذه الظروف، يفقد الألومنيوم السلوك المغناطيسي.

كيف يستجيب الألومنيوم للمجالات المغناطيسية القوية؟

قد يعتقد البعض أن الألومنيوم لا يستجيب على الإطلاق للمغناطيس، ولكن هذا غير صحيح.

يُظهر الألومنيوم سلوكًا بارامغناطيسيًا ضعيفًا في المجالات المغناطيسية القوية. فهو يقوم بمحاذاة بعض إلكتروناته مؤقتًا، لكن التأثير ليس دائمًا.

إذا وضعت قطعة من الألومنيوم داخل مجال مغناطيسي قوي، مثل النوع الذي يولده جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي أو المغناطيس الكهربائي الصناعي، فإن بعض إلكتروناته ستغير اتجاهها قليلاً. يسمى هذا التأثير بالمحاذاة مع المجال المغناطيسي.

لكن هذه الاستجابة ضعيفة، وتختفي على الفور عند إزالة المغناطيس. على عكس الحديد أو النيكل، لا يبقى الألومنيوم ممغنطًا أو يصبح ممغنطًا من تلقاء نفسه.

الخصائص الرئيسية

دعونا نحلل كيف يتصرف الألومنيوم:

• الاستجابة الخطية: يزداد التأثير المغناطيسي طرديًا مع زيادة شدة المجال المغناطيسي.
• لا توجد مغناطيسية محتجزة: بمجرد اختفاء المجال الخارجي، يعود الألومنيوم إلى وضعه الطبيعي.
• لا يمكن اكتشافه باليد: تحتاج إلى أدوات حساسة لاكتشاف التغييرات.
• لا توجد مجالات مغناطيسية: لا يحتوي الألومنيوم على مناطق الذرات المتحاذية التي نراها في المعادن المغناطيسية.

مقارنة السلوك المغناطيسي

وهذا هو السبب في استخدام الألومنيوم غالبًا في البيئات الإلكترونية والعلمية - فهو لا يتداخل مع الأنظمة المغناطيسية. ولكن في المجالات التي تكون فيها الدقة أمرًا بالغ الأهمية، يجب مراعاة حتى السلوكيات المغناطيسية الصغيرة.

ما التأثيرات العملية لبارامغناطيسية الألومنيوم البارامغناطيسية؟

إن معرفة أن الألومنيوم بارامغناطيسي بارامغناطيسي شيء واحد، ولكن هل هذه المغناطيسية الضعيفة مهمة في العالم الحقيقي؟

ليس لمغناطيسية الألومنيوم البارامغناطيسية تأثير يذكر في معظم التطبيقات اليومية، ولكنها تصبح مهمة في الأجهزة العلمية والبيئات المغناطيسية عالية الدقة.

لن يلاحظ معظم الناس مغناطيسية الألومنيوم على الإطلاق. في البناء والتعبئة والتغليف وأواني الطهي والنقل، يتصرف الألومنيوم كما لو كان مادة غير مغناطيسية. ولهذا السبب يستخدم في العديد من الصناعات.

ولكن في المجالات عالية الدقة - مثل آلات التصوير بالرنين المغناطيسي أو أنظمة الرفع المغناطيسي أو مختبرات فيزياء الجسيمات - يجب مراعاة البارامغناطيسية البارامغناطيسية للألمنيوم. يمكن أن يغير المجالات المغناطيسية بشكل طفيف أو يتفاعل بطرق صغيرة عند وضعه في الأجهزة الحساسة.

المكان الذي يهمنا

على الرغم من أن التأثير طفيف، إلا أن إمكانية التنبؤ باستجابة الألومنيوم تجعله مفيدًا. يمكن للمهندسين حساب سلوك الألومنيوم بالضبط، وهو أمر بالغ الأهمية في المختبرات.

الخاتمة

الألومنيوم ليس مغناطيسيًا بالمعنى اليومي. فهو لا يجذب المغناطيس أو يصبح ممغنطًا. وبدلاً من ذلك، فهو بارامغناطيسي ضعيف - فهو يستجيب قليلاً للمجالات المغناطيسية القوية ولكن فقط أثناء وجود المجال. وهذا يجعله مفيدًا في كل من البيئات اليومية والتقنية المتقدمة.