مگنت آهنربا

مگنت آهنربا چیست؟

مگنت آهنربا به هر ماده‌ای گفته می‌شود که قادر به جذب آهن و تولید یک میدان مغناطیسی خارج از خود باشد. در پایان قرن نوزدهم همه عناصر شناخته شده و بسیاری از ترکیبات آن‌ها از نظر خاصیت مغناطیسی مورد آزمایش و بررسی قرار گرفتند و مشخص شد که همه آن‌ها دارای خاصیت مغناطیسی هستند.

بیشتر این عناصر دارای خاصیت دیامغناطیس بودند ویژگی که سبب می‌شود تا یک نیروی دافعه ضعیف در هر دو قطب آهنربا مشاهده شود. برخی از مواد مانند کروم از خود خاصیت پارامغناطیسی نشان دادند زیرا با نزدیک کردن آن‌ها به یک آهنربا مغناطشی ضعیف در آن‌ها القا می‌شد که این مغناطش با حذف آهنربا از بین می‌رود. فقط سه عنصر آهن، نیکل و کبالت خاصیت فرومغناطیس را نشان دادند به این معنا که دارای خاصیت مغناطیسی دائمی بودند.

در نهایت باید گفت مگنت آهنربا ها اجسامی هستند که میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند و فلزاتی مانند آهن، نیکل و کبالت را جذب می‌کنند. خطوط نیروی میدان مغناطیسی از قطب شمال این آهنرباها خارج شده و به قطب جنوب آن وارد می‌شوند.

مگنت آهنربای دائمی یا سخت دائماً میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کنند.

آهنرباهای موقت یا نرم در حالی که در یک میدان مغناطیسی هستند و مدت کوتاهی پس از خروج از میدان ، میدان های مغناطیسی تولید می کنند.

آهنرباهای الکتریکی فقط زمانی که برق از طریق سیم پیچ آنها عبور می‌کند میدان های مغناطیسی تولید می‌کنند.

مگنت آهنربا

آهن رباها یکی از قدیمی‌ترین مواد شناخته شده در جهان هستند. امروزه دانشمندان و مخترعین به روش‌های خلاقانه و نو برای استفاده و تولید آهن ربا در زندگی روزانه روی آورده‌اند. آن سنگ سیاه بعدها به نام مگنتیت شناخته شد و بررسی‌ها نشان داد که حاوی سنگ لودستون است. از آن زمان استفاده ما از آهن ربا به صدها روش مختلف توسعه یافته است.

آهن ربا و قدرت آن

درست است که استفاده از مگنت آهنربا به قرن‌ها پیش بازمی‌گردد اما در طول قرن 20 بود که با کمک دانشمندان بیشتر آهن ربا و ویژگی‌ها و خصوصیات آن بیشتر درک شد. پیش از این آهن ربا بیشتر به عنوان ماده‌ای ماوراء الطبیعه یا مرموز بود و هیچ کس نمی‌دانست چگونه و چرا کار می‌کند و چرا باعث جذب مواد مغناطیسی می‌شود.

با گذشت زمان و با شناخت بیشتر میدان‌های مغناطیسی دانشمنان رابطه بین آهن ربا و پدیده‌های مختلف را بیشتر درک کردند و توانستند آن را بسط و گسترش دهند.

هنگام انجام یک آزمایش «هانس کریستین اورستد» (Hans Christian Oersted) فیزیکدان و شیمیدان، متوجه شد که یک سوزن قطب نمای مغناطیسی در حضور میدان الکتریکی حرکت می‌کند و از انجام این آزمایش نتیجه گرفت که الکتریسیته و مغناطیس به هم مرتبط هستند.

کشف او مورد استفاده و توجه بسیاری از دانشمندان و مخترعان مانند «نیکولا تسلا» (Nikola Tesla) و «توماس جفرسون» (Thomas Jefferson) برای تولید دستگاه‌های الکتریکی قرار گرفت. اکنون ، اکثر دستگاه‌هایی که امروزه استفاده می‌کنیم مانند تلویزیون، مخلوط کن، تلفن و غیره از الکترومغناطیس و کشف اورستد استفاده می‌کنند.

انواع آهنربا چیست؟

آهنرباها را می‌توان از جنبه‌های مختلف دسته بندی کرد. اما به صورت کلی هفت دسته آهنربا وجود دارد که عبارتند از:

تصویر ۲: انواع مگنت آهنربا

• بور آهن نئودیمیم (NdFeB) – آهن ربا دائمی
• کبالت ساماریوم (SmCo) – آهن ربا دائمی
• آلنیکو – آهن ربا دائمی
• آهنرباهای سرامیکی یا فریتی – آهن ربا دائمی
• آهنرباهای موقت – در حضور یک میدان مغناطیسی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند.
• الکترومگنت – با عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ با هسته فلزی ایجاد می‌شوند.

انواع آهنرباها از نظر قدرت

این مواد آهنرباهایی با قدرت مغناطیسی مختلف تولید می‌کنند که چند مورد را در ادامه معرفی می‌کنیم:

• آهنرباهای سرامیکی مانند آهنرباهایی که در یخچال یا آزمایش‌های علوم دبستان استفاده می‌شوند. این آهنرباها حاوی اکسید آهن در یک کامپوزیت سرامیکی هستند. اکثر آهنرباهای سرامیکی که به آن‌ها آهنرباهای فریک نیز می‌گویند از استحکام خاصی برخوردار نیستند.
• آهنرباهای آلنیکو از آلومینیوم، نیکل و کبالت هستن. این آهنرباها قوی‌تر از آهنرباهای سرامیکی هستند اما به اندازه آهنرباهایی که شامل دسته‌ای از عناصر معروف به فلزات خاکی کمیاب هستند قوی نیستند.
• آهنرباهای نئودیمیم حاوی آهن، بور و عنصر خاکی کمیاب نیتیمیم است.
• آهنرباهای کبالت ساماریوم، در این آهنرباها کبالت را با عنصر کمیاب خاکی یعنی ساماریوم ترکیب می‌کنند. در چند سال گذشته دانشمندان همچنین پلیمرهای مغناطیسی یا آهنرباهای پلاستیکی را کشف کرده‌اند. بعضی از این آهنرباها انعطاف‌پذیر و قالب‌پذیر هستند. با این حال برخی فقط در دمای بسیار پایین کار می‌کنند و برخی دیگر فقط مواد بسیار سبک وزن مانند براده های آهن را بلند می‌کنند.

انواع آهن ربا از نظر شکل

آهنرباها در اشکال و اندازه‌های مختلفی مانند دیسکی، کره‌ای، نعل اسبی و تعدادی از اشکال منحصر به فرد دیگر وجود دارد. معمولاً آهنرباهای بزرگتر قویتر هستند اما همیشه این موضوع صحیح نیست. قدرت آهنرباهای کوچک را می‌توان با استفاده از مواد مختلف بهبود بخشید. شکل یک آهن ربا خیلی بیشتر از اندازه بیانگر قدرت آهنربا است و شکل هر آهن ربا در نحوه استفاده از آن تأثیر دارد. در حقیقت شکل یک آهنربا نحوه چیدمان خطوط میدان مغناطیسی در خارج از آهن ربا و همچنین قدرت جاذبه آن را تعیین می‌کند. در ادامه برخی از اشکال رایج آهنربا را معرفی می‌کنیم.

آهنربای دیسکی

می‌توانیم شکل یک آهن ربا را دستکاری کنیم تا سطح مقطع قطب‌ها افزایش پیدا کند و در نتیجه قدرت جذب آن افزایش می‌یابد. به دلیل سطح پهن و مسطح، آهنرباهای دیسکی دارای قطب‌های بزرگی هستند و این موضوع باعث می‌شود این نوع از آهنرباها تبدیل به آهنرباهای قوی و موثری شوند.

بسته به اندازه دیسک این نوع از آهن ربا کاربردهای مختلفی دارد. از آهنرباهای دیسکی روزانه در پوشاک، زیورآلات و دکوراسیون منزل استفاده می‌شود. از آهنرباهای دیسکی در صنعت برای بلند کردن ماشین‌های قدیمی و اوراق کردن آن‌ها استفاده می‌شود.

آهنربای کروی

آهنرباهای کروی اغلب تحت عنوان اسباب بازی و ابزار جدید و نو فروخته می‌شوند.

این نوع از آهنرباها میزهای بازی جذاب و هیجان‌انگیزی را تولید می‌کنند مانند Rattlesnake Eggs که چندین سال پیش در بین بزرگسالان و کودکان از محبوبیت زیادی برخوردار بود.

تصویر ۶: Rattlesnake Eggs با استفاده از آهنربای کروی

از این شکل مگنت آهنربا می‌توان برای ایجاد دستبند و گردنبند نیز استفاده کرد.

آهنربای استوانه‌ای

آهنربای استوانه‌ای غالباً در پزشکی استفاده می‌شود. طبق اخبار علمی برخی از پزشکان از آهنربای استوانه‌ای برای درمان اسکولیوز (انحراف و ناهنجاری در نخاع) استفاده می‌کنند.

با این کار در طول درمان نیازی به انجام جراحی‌های متعدد برای بلند کردن طول میله وجود ندارد.

آهنربای حلقوی

آهنرباهای حلقوی معمولاً در آزمایش‌های علمی برای نمایش دافعه مغناطیسی در حالتی که حلقه‌های مغناطیسی از یک تیر چوبی ردیف شده‌اند استفاده می‌شوند. در این حالت زمانی که قطب‌های مشابه آهن ربا روبروی هم قرار گیرند یکدیگر را لمس نخواهند کرد و از هم دور می‌شوند.

از آهنرباهای حلقوی گاهی اوقات در پزشکی نیز استفاده می‌شود. به عنوان مثال برخی از مطالعات نشان می‌دهند که در صورت عملکرد نادرست دفیبریلاتورهای قلبی کاشتی (ICD) آهنرباهای حلقوی آن‌ها را از کار می اندازد و خنثی می‌کند. عملکرد ICD به این صورت است که در صورت نامنظم شدن ریتم قلب با شوک الکتریکی آن را اصلاح می‌کند. گاهی اوقات ICD از کار می‌افتد و شوک‌های بیشتری نسبت به مقدار مورد نیاز وارد می‌کند که می‌تواند برای بیمار کشنده باشد در این حالت آهنربای حلقه‌ای بر روی قفسه سینه بیمار این عملکرد را تصحیح می‌کند