آهن ربا چیست؟انواع و کاربردهای آن

ماده ای که میدان مغناطیسی ایجاد کند که بتواند موادی مانند آهن و نیکل را جذب کند آهنربا نامیده می شود. نیرویی که آهنربا بدون تماس مستقیم با مواد دیگر بر آن وارد می کند، نیروی مغناطیسی نامیده می شود. در کتاب علمی با آهنرباها که از دو قطب تشکیل شده است آشنا هستیم. در این مقاله جهان شیمی فیزیک با انواع این دستگاه و خواص آن آشنا می شویم.

تاریخچه:

یونانی ها اولین کسانی بودند که در 600 سال قبل از میلاد سنگ هایی را کشف کردند که می توانستند آهن را جذب کنند. یونانی ها به این سنگ ها که از اکسید آهن طبیعی ساخته می شدند، مگنتیت می گفتند. برای اولین بار از آهنربا در قطب نما استفاده شد و آن را Lodstone به معنی فانوس دریایی نامیدند. پرگرینوس کسی بود که متوجه وجود دو قطب در آهنربا شد که دو قطب نام یکدیگر را دفع می کنند و دو قطب ناشناس یکدیگر را جذب می کنند. بین سالهای 1544 تا 1603، ویلیام گیلبرت کسی بود که تفاوت بین الکتریسیته و مغناطیس را فرموله کرد و به این مشکل مهم پی برد که قطبهای جدید با شکستن آهنرباها ایجاد می شوند.

در پایان قرن هجدهم، کالن کسی بود که قدرت بین قطب های این ماده مغناطیسی را اندازه گیری کرد. از آن زمان تاکنون پیشرفت های زیادی توسط بسیاری از دانشمندان مانند فارادی صورت گرفته است.

آهنربا چیست؟

آهنربا جسمی است که آهن را جذب می کند و دو سر آن را قطب آن می نامند. این ماده می تواند میدان مغناطیسی ایجاد کند که اگر در جای خود نگه داشته شود، یک سر آن رو به شمال قطب شمال و سر دیگر آن قطب جنوب نامیده می شود. شدت خاصیت مغناطیسی در هر دو قطب آهنربا بیشتر است و خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال خارج شده و وارد قطب جنوب می شوند.

انواع آهنربا

دو نوع آهنربا وجود دارد. ثابت و برقی.

1 دائمی:

این نوع آهنرباها برای ایجاد خواص مغناطیسی نیازی به نیروی خارجی ندارند و دائما میدان مغناطیسی ایجاد می کنند (مانند سنگ آهن). با قرار دادن برخی مواد در میدان مغناطیسی می توان آنها را به آهنرباهای موقت تبدیل کرد. آهنربای دائمی دارای دو ویژگی اتلاف و القاء است. آهنربای موقت پس از حذف از میدان مغناطیسی، خاصیت مغناطیسی خود را برای چند لحظه حفظ می کند که این خاصیت مغناطیسی باقیمانده پس از حذف از میدان مغناطیسی است. اجبار همچنین به این معنی است که وقتی آهنربا را در میدانی مخالف میدان مغناطیسی تولید آن قرار می دهیم، خاصیت مغناطیسی آن از بین می رود. این میدان مورد نیاز برای این عمل اجباری نامیده می شود، هر چه مقدار آن بیشتر باشد، آهنربا ثابت تر خواهد بود.

2 برق:

نوع دیگری از آهنربا، آهنربای الکترومغناطیسی نام دارد که با جریان الکتریکی خارجی میدان مغناطیسی ایجاد می کند. این مواد توسط سیم پیچ هایی احاطه شده اند که در صورت اتصال به جریان الکتریکی می توانند میدان مغناطیسی ایجاد کنند.

انواع آهنرباهای دائمی:

آلنیکو:

این آهنربا از آهن، نیکل، آلومینیوم و کبالت (همچنین به نام ابتدای سه عنصر نامگذاری شده است) ساخته شده است که با نیروی مغناطیسی برای ساخت بلندگوهای دائمی استفاده می شود. این آهن رباها به صورت آهنرباهای طولی (محل قرار گرفتن قطب ها روی بدنه) استفاده می شوند.

فریت یا سرامیک:

این آهنربا از پودر مذاب مغناطیسی و چینی ساخته شده و به دلیل ارزان بودن نوع آن کاربردهای فراوانی دارد. این آهنربا به صورت یک آهنربای عرضی (دو قطب در عرض جسم) استفاده می شود. نام آن نیز از مواد تشکیل دهنده آن مانند باریم فریت گرفته شده است.

سرماریوم:

این آهنربا از عنصر کمیاب سارماریوم با عدد اتمی 62 ساخته شده و دارای بقایای مغناطیسی زیادی است. بنابراین از یک آهنربای دائمی معمولی قدرت بیشتری دارد. به دلیل هزینه بالای تولید، در سایزهای کوچک تولید می شود و در ساعت های الکترونیکی، تجهیزات نظامی استفاده می شود.

نئودیمیم:

این آهنربا نئودیمیوم که به آهن بور نیز معروف است از عناصر کمیاب خاکی ساخته شده و دارای بالاترین قدرت مغناطیسی اما مقاومت کم در برابر دما و خوردگی است. این آهنرباها معدنی و نقره ای رنگ هستند.

انواع آهنرباها بر اساس شکل

آهنرباها در اشکال مختلف موجود هستند و قدرت آهنربا بر اساس شکل آن تعیین می شود نه اندازه آن.

آهنربای میله ای:

رایج ترین اما ضعیف ترین آهنرباها آهنرباهای میله ای هستند. زیرا اندازه قطب های آنها کوچک است و بیشترین نیروی مغناطیسی آهنربا در قطب های آن است. از این نمونه ها بیشتر در قطب نما و یخچال استفاده می شود. این آهنربا که از آلیاژ فولاد ساخته شده است در صنایع پلاستیک، داروسازی، لاستیک، برق و الکترونیک کاربرد دارد.

آهنربای نعل اسبی:

یکی از مهمترین ویژگی های این نوع آهنربا قدرت بالای آن برای بلند کردن اجسام با هر اندازه ای است. از این نوع در همسایگی و همچنین در صنعت جابجایی قطعات بزرگ استفاده می شود.

آهنربای دیسک:

این نوع آهنرباها به دلیل ظاهر وسیع دارای قطب های مغناطیسی بزرگی هستند و از آهنرباهای قوی با نیروی جذب بالا محسوب می شوند. آنها در صنعت، دکوراسیون و پوشاک استفاده می شوند.

آهنربای کروی:

از این آهنرباها در ساخت اسباب بازی، زیور آلات و بازی های احساسی استفاده می شود. از این آهنرباها در آرم اتم ها در شیمی نیز برای نشان دادن اتم ها استفاده می شود.

آهنربای حلقه ای:

آهنربای دایره‌ای با قطر دو نیمه انگشت و سوراخی به قطر 2 سانتی‌متر، آهن‌ربایی تقریباً با قدرتی است که در مدارس و پزشکی استفاده می‌شود. رنگ آن قرمز است که به آن آهنربای حلقه ای نیز می گویند.

آهنربای استوانه ای:

این آهنربا بیشتر از نئودیمیم ساخته شده است. اندازه آن کوچک است اما بسیار قوی است. جداسازی دو آهنربای استوانه ای که به یکدیگر متصل شده اند بسیار دشوار است.

راه های تشخیص قطب های آهنربا:

از سه روش زیر می توان برای تعیین قطب های مجهول آهنربا استفاده کرد. در یک روش، اگر آهنربا را به حالت معلق از جایی آویزان کنیم، هر دو انتها در جهت شمال و جنوب مغناطیسی زمین خواهند بود. روش دیگر، یک آهنربا با قطب های خاص استفاده می شود، با استفاده از این واقعیت که قطب های همنام دفع می شوند و قطب های همنام جذب می شوند. در روش سوم، قطب های آهنربا با استفاده از عقربه مغناطیسی تعیین می شود.

راههای جلوگیری از ضعیف شدن آهنربا

بسته به نوع آهنربا عمر آنها متفاوت است که بهترین آنها نئودیمیم است. آهنربا باید از ضربه محافظت شود، زیرا ضربه باعث آسیب می شود و قدرت آن را کاهش می دهد. آهنربا را از دماهای بالا و میدان های مغناطیسی به همین نام دور نگه دارید. قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی به همین نام، قدرت و عمر آهنربا را کاهش می دهد.

نحوه ساخت آهنربا

یک راه ساده برای ساخت آهنربا این است که یک تکه فلز کوچک را روی یک آهنربا کوچک بمالید. این کار را چندین بار انجام دهید وقتی این قطعه فلز را در مقابل فلزات کوچک دیگر مانند پین های ته گرد قرار می دهید، پین جذب قطعه فلزی می شود. بنابراین ما یک آهنربا با آن ساختیم.

تولید آهنربای الکتریکی

اگر چند لایه سیم روکش شده را به یک میله آهنی (مانند میخ) بپیچانیم و دو سر آن را به جریان الکتریکی (قطب مثبت و منفی باتری) وصل کنیم، آهنربای الکتریکی ایجاد می کنیم، زیرا آهن میله میدان مغناطیسی را القا می کند. . وقتی از باتری جدا می‌شود، خاصیت مغناطیسی ضعیف‌تر و ضعیف‌تر می‌شود. در این روش ساخت، با افزایش تعداد دور سیم پیچ و یا اعمال ولتاژ بالا، قدرت آهنربا افزایش می یابد.

کاربرد آهنربا

آهنرباهای مختلف بسته به اندازه، شکل و قدرت کاربردهای متفاوتی دارند. از کاربردهای آن می توان در جرثقیل ها، کامپیوترها (برای ذخیره اطلاعات روی هارد دیسک)، بلندگوها (رادیو، تلویزیون و کامپیوتر)، درب های یخچال، نورسنج های عکاسی، اجاق های مایکروویو و ماشین ها استفاده کرد. در پزشکی، آهن ربا برای درمان سرطان و ساخت دستگاه های MRI که می توانند از استخوان ها و بافت های بدن عکس بگیرند، استفاده می شود.

کلام آخر

از آهنربا برای ساخت ژنراتورهای الکتریکی استفاده می شود. از این دستگاه در ساخت قطب نماهای مغناطیسی با جهت پیکانی، تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین به سمت شمال استفاده می شود که در جهت یابی ناوبری کاربرد دارد. در خانه ها از آهن ربا برای نگهداری ظروف آشپزخانه، نگهداری عکس ها و پوسترها مانند یخچال، شیشه های تمیز در ساختمان های بزرگ و غیره استفاده می شود.