قطبنما: ابزاری که قرنها راهنمای ما بوده است
قطبنما، یکی از پرکاربردترین ابزارهای جهتیابی است. اما چگونه همیشه جهت شمال را نشان میدهد؟ این ابزار، دارای یک عنصر مغناطیسی معلق است که جهت مولفه افقی میدان مغناطیسی زمین را در نقطه مشاهده نمایش میدهد.
قطبنما قرنهاست که به انسانها در جهتیابی کمک کرده است. جالب است بدانید که قدمت استفاده از قطبنما حتی از سفرهای دریایی که منجر به کشف قاره آمریکا شد نیز بیشتر است. اما کاربرد مغناطیس به اینجا ختم نمیشود؛ از تجهیزات مخابراتی و موتورها گرفته تا زنجیره غذایی، ردپای مغناطیس دیده میشود.
نکات کلیدی
- قطبنما قرنهاست که برای جهتیابی استفاده میشود، حتی قبل از سفرهای دریایی که منجر به کشف سرزمینهای جدید شد.
- اولین قطبنما در چین باستان با استفاده از سنگ آهنربا برای نشان دادن جهات ساخته شد.
- هانس کریستین اورستد با نشان دادن تاثیر جریان الکتریکی بر سوزن مغناطیسی قطبنما، الکترومغناطیس را کشف کرد.
کشف مغناطیس
هزاران سال پیش، ذخایر عظیمی از اکسیدهای مغناطیسی در منطقه "مگنزیا" در آسیای صغیر کشف شد. نام این منطقه باعث شد تا این کانی، "مگنتیت" (Fe3O4) نامگذاری شود که به آن "سنگ آهنربا" نیز میگفتند. در سال 1600، ویلیام گیلبرت مقالهای با عنوان "De Magnete" در مورد مغناطیس منتشر کرد که به تفصیل به کاربردها و خواص مگنتیت میپرداخت.
یکی دیگر از عناصر طبیعی مهم برای آهنرباها، فریتها یا همان اکسیدهای مغناطیسی هستند که سنگهایی هستند که آهن و سایر فلزات را جذب میکنند.
در حالی که ماشینهایی که با آهنربا میسازیم، به وضوح اختراع هستند، این آهنرباهای طبیعی نباید به عنوان اختراع در نظر گرفته شوند.
اولین قطبنما
قطبنمای مغناطیسی در واقع یک اختراع قدیمی چینی است که احتمالاً اولین بار در چین و در طول سلسله "کین" (221-206 قبل از میلاد) ساخته شده است. در آن زمان، چینیها از سنگ آهنربا (که خود به خود در جهت شمال-جنوب قرار میگرفت) برای ساخت تختههای پیشگویی استفاده میکردند. سرانجام، شخصی متوجه شد که سنگ آهنربا در نشان دادن جهتهای واقعی بهتر عمل میکند، که منجر به ساخت اولین قطبنماها شد.
اولین قطبنماها بر روی یک صفحه مربع شکل طراحی شده بودند که علامتهایی برای جهتهای اصلی و صورتهای فلکی داشت. سوزن نشانگر، یک وسیله سنگ آهنربای قاشقمانند با یک دسته بود که همیشه به سمت جنوب اشاره میکرد. بعدها، به جای سنگ آهنرباهای قاشقمانند، از سوزنهای مغناطیسی به عنوان نشانگر جهت استفاده شد. این سوزنها در قرن هشتم پس از میلاد - باز هم در چین - و از سال 850 تا 1050 ظاهر شدند.
قطبنماها به عنوان ابزار کمک ناوبری
در قرن یازدهم، استفاده از قطبنما به عنوان ابزار ناوبری در کشتیها رایج شد. قطبنماهای سوزنی مغناطیسی را میتوان به صورت خیس (در آب)، خشک (روی یک محور نوک تیز) یا معلق (روی نخ ابریشم) استفاده کرد، که این ویژگی آنها را به ابزاری ارزشمند تبدیل میکرد. آنها بیشتر توسط دریانوردان، مانند تاجرانی که به خاورمیانه سفر میکردند و ناوبران اولیه که به دنبال یافتن قطب شمال مغناطیسی یا ستاره قطبی بودند، مورد استفاده قرار میگرفتند.
قطبنما، سرآغاز الکترومغناطیس
در سال 1819، هانس کریستین اورستد گزارش داد که وقتی یک جریان الکتریکی در یک سیم به سوزن قطبنمای مغناطیسی اعمال میشود، آهنربا تحت تأثیر قرار میگیرد. این پدیده، الکترومغناطیس نامیده میشود. در سال 1825، ویلیام استورجن، مخترع بریتانیایی، قدرت الکترومغناطیس را با بلند کردن نه پوند (حدود 4 کیلوگرم) با یک قطعه آهن هفت اونسی (حدود 200 گرم) که با سیمهایی پیچیده شده بود و جریان یک باتری تکسلولی از آن عبور میکرد، به نمایش گذاشت.
این دستگاه، پایه و اساس ارتباطات الکترونیکی در مقیاس بزرگ را بنا نهاد، زیرا منجر به اختراع تلگراف شد. همچنین، به اختراع موتور الکتریکی نیز انجامید.
آهنرباهای گاوی
استفاده از آهنرباها فراتر از قطبنما تکامل یافت. اختراع ثبت شده در ایالات متحده به شماره 3,005,458 که به نام لوئیس پل لونگو ثبت شده است، اولین اختراع ثبت شده برای چیزی است که "آهنربای گاوی" نامیده میشود. هدف از این اختراع، جلوگیری از بیماری "سختافزاری" در گاوها بود. اگر گاوها هنگام تغذیه، تکههای فلزی مانند میخ را ببلعند، این اشیاء خارجی میتوانند به دستگاه گوارش آنها آسیب برسانند. آهنرباهای گاوی، قطعات فلزی را در اولین معده گاو نگه میدارند، به جای اینکه به معدههای بعدی یا روده بروند، جایی که قطعات میتوانند بیشترین آسیب را وارد کنند.
