031 - 910 - 100 - 30 021 - 910 - 100 - 30
یکی از راه های تشخیص فلزات مغناطیسی از یکدیگر این است که بفهمید ویژگی های آنها چه مدت فعال بوده اند .
فلزات مغناطیسی و فلزات غیر مغناطیسی هر دو نقش مهمی در علوم مهندسی ایفا می کنند . خواص مغناطیسی بخش اساسی بسیاری صنایع است . در عین حال ، این ویژگی می تواند در شرایط خاصی بطور ناخواسته اتفاق بیفتند . پس مهم است بدانید که کدام فلزات مغناطیسی هستند و کدامیک نه .
بر طبق نظر عوام ، مغناطیس نیرویی است که میتواند اشیای مغناطیسی را جذب یا دفع کند . میدان مغناطیسی که بر وسایل مختلف نفود می کنند واسطه ی میان این نیرو است .
مواد خاصی وجود دارند که بطور ذاتی مغناطیسی هستند . بعضی مواد می توانند بسته به نیاز انسان مغناطیسی شوند و یا حالت مغناطیسی خود را از دست بدهند .
خاصیت مغناطیسی همانند جریان الکتریسیته توسط الکترون ها در سطوح اولیه ایجاد می شود . با چرخش الکترون ها دو قطب کوچک مغناطیسی ایجاد می شود . وقتی این چرخش ها به تعادل برسد نیروی خالص معادل صفر است . اما وقتی تعداد زیادی از الکترون های جفت نشده وجود داشته باشد این نقاط مغناطیسی کوچک ، کم کم بزرگ می شوند . درنتیجه میدان مغناطیسی قوی ای دور فلز تشکیل می شود .
جریانات الکتریکی نیز می توانند میدان های مغناطیسی ایجاد کنند و یا برعکس .
این به چه معناست؟ وقتی جریان الکتریکی درون سیم ایجاد می شود ، یک میدان مغناطیسی دوار ، دور سیم تشکیل می شود . به همین منوال اگر یک میدان مغناطیسی را نزدیک رسانای الکتریکی کنیم جریان الکتریکی در داخل رسانا ایجاد می شود . این رابطه ی حیرت انگیز میان الکتریسیته و میدان مغناطیسی در ساخت بسیاری از ابزار ها و کاربرد ها تاثیر می گذارد .
آهنربا ها انواع مختلفی دارند . یکی از راه های تشخیص فلزات مغناطیسی از یکدیگر این است که بفهمید ویژگی های آنها چه مدت فعال بوده اند . اگر این را مبنا قرار دهیم ، می توانیم آهنربا ها را در دسته بندی های زیر قرار دهیم :
● دائمی
● موقتی
● الکترومغناطیس ها
در ادامه ی مقاله آنها را بطور مفصل شرخ خواهیم داد .
آهنربا های دائمی بر اساس ساختار درونی شان میدان مغناطیسی تولید می کنند . این ها ویژگی مغناطیسی خود را به آسانی از دست نمی دهند . آهنربا های دائمی توسط فلزات فرو مغناطیسی تولید می شوند و تولید میدان مغناطیسی شان را متوقف نمی کنند ؛ مگر اینکه تحت تاثیر نفوذ خارجی قرار بگیرند . پس بنابر این در برابر نیروهای غیر مغناطیسی کننده مقاوم هستند .
برای اینکه آهنرباهای دائمی را بهتر بشناسید باید ساختار درونی فلزات مغناطیسی را بیشتر بشناسید .
فلزات ویژگی های مغناطیسی شان را هنگامی که دامنه ی آنها در جهت یکسان تراز می شود نشان می دهند . دامنه ها ، میدان های مغناطیسی کوچکی هستند که در ساختار کریستالی مواد حضور دارند .
در مواد فرومغناطیسی دامنه ها کاملا هم تزار هستند . راه های مختلفی برای هم تراز شدن آنها وجود دارد اما درست ترین روش گرما دادن آهنربا تا دمای مشخص است . این دما برای مواد مختلف متفاوت است و منجر به هم ترازی دائمی در دامنه های همسو می شود . مشابه این شرایط در هسته ی زمین نیز وجود دارد که همانند یک آهنربای دائم رفتار می کند .
آهنربا های موقت همانطور که از نامشان مشخص است ، ویژگی مغناطیسی خود را تحت شرایط خاصی نگه می دارند . اگر این شرایط متوقف شود میدان مغناطیسی آنها از بین خواهد رفت .
مواد نرم با ویژگی مغناطیسی کم ، مانند آهن و فولاد تابیده شده ، مثال های خوبی برای آهنرباهای موقتی هستند .
آنها تنها با وجود یک میدان مغناطیسی قوی حالت مغناطیسی پیدا می کنند و همچنین وادارندگی کمی را به تصویر می کشند .
احتمالا شما گیره های کاغذی را دیده اید که وقتی که یک آهنربای دائمی وجود دارد به یکدیگر می چسبند . هر کدام از این گیره ها به یک آهنربای موقتی تبدیل می شوند و در حضور یک میدان مغناطیسی یکدیگر را جذب می کنند . زمانی که آهنربای دائمی دور می شود ، گیره های کاغذی ویژگی مغناطیسی خود را از دست می دهند .
الکترومغناطیس ها آهنرباهایی هستند که زمانیکه یک جریان الکتریکی از آن عبور می کند میدان مغناطیسی تشکیل می دهند . آنها کاربردهای مختلفی دارند . برای مثال موتور ها ، ژنراتور ها ، هدفون ها همگی الکترومغناطیس هستند .
در الکترومغناطیس ها یک سیم پیچ دوریک هسته ی فرومغناطیسی تشکیل می شود . با اتصال سیم به منبع الکتریسیته یک میدان مغناطیسی قوی تشکیل خواهد شد . مواد فرو مغناطیسی آن را بیشتر تقویت می کند . الکترومغناطیس ها بسته به جریان الکتریسیته می توانند بسیار قوی باشند .
الکترومغناطیس ها همینطورتوانایی این را دارند که نیروی مغناطیسی را با اتصال و قطع یک دکمه برقرار سازند . این یک ویژگی منحصربفرد است که به ما کمک میکند تا از نیروی مغناطیسی در ابزار ها استفاده کنیم .
بیایید نگاهی به جرثقیلی بیندازیم که ضایعات آهن را برمی دارد . با کمک الکترومغناطیس ها ، به راحتی می تواند ضایعات را با اتصال جریان الکتریکی درآنها بلند کند . وقتی بخواهد قطعات را رها کند تنها نیاز دارد به اینکه جریان الکتریسیته ی آهنربا را قطع کند .
کدام فلزات مغناطیسی هستند
راه های متفاوتی وجود دارد که فلزات با آهنربا ها تعامل داشته باشد . این حالت به ساختار داخلی مواد بستگی دارد . مواد می توانند در چند دسته بندی قرارگیرند :
● فرومغناطیس ها
● پارامغناطیس ها
● دایامغناطیس ها
آهنربا ها فرومغناطیس ها را [ به خوبی ] جذب می کنند ؛ این در حالی است که پارا مغناطیس ها را کمتر جذب می کنند . از سوی دیگر ، مواد دایا مغناطیسی وقتی نزدیک یک آهنربا قرار می گیرند آن را دفع می کنند . تنها مواد فرو مغناطیسی هستند که به درستی خواص آهنربایی دارند و آهنربا تلقی می شوند .
بیایید نگاهی مختصر به شناخته شده ترین فلزات مغناطیسی بیاندازیم . برخی از آنها همیشه مغناطیسی هستند و بقیه ( برای مثال فولاد ضد زنگ ) ویژگی های مغناطیسی را در برخی ترکیبات شیمیایی شان دارند .
آهن شناخته شده ترین فلز فرو مغناطیسی است . در حقیقت ، آهن قوی ترین فلز فرو مغناطیسی است . این عنصر بخش درونی هسته ی زمین را تشکیل می دهد و خواص مغناطیسی خود را در زمین می گستراند . این امر دلیل محکمی است بر چرایی این که زمین به خودی خود هواره مانند یک آهنربای دائمی عمل می کند .
جنبه های گوناگونی برای ویژگی مغناطیسی آهن وجود دارد . علاوه بر چرخش الکترون ها در سطح اتم ، ساختار کریستالی آن نیز نقش مهمی ایفا می کند . بدون این ، آهن فلزی مغناطیسی نخواهد بود .
ساختارهای کریستالی مختلف باعث خواص مختلف آهن می شود . آهن در ساختار مکعبی آلفا متمرکز در هسته ی خود بصورت فرو مغناطیس ظاهر می شود . در همین حال در ساختار گاما متمرکز در سطح خود حالت مغناطیسی از خود نشان نمی دهد . و در ساختار بتا اف - ای گرایشات مغناطیسی از خود نشان می دهد .
یکی دیگر از فلزات مغناطیسی که خواص فرو مغناطیسی دارد نیکل است . ترکیبات نیکل مانند آهن ، در هسته ی زمین وجود دارد . از نیکل در قدیم برای ساخت و ضرب سکه استفاده می شده است . امروزه نیکل در باتری ها ، ابزار آشپزخانه ، تلفن ها ، سیستم حمل و نقل و جواهر سازی استفاده می شود . مقادیر زیادی از عنصر فرونیکل در ساخت فولاد ضد زنگ استفاده می شود .
نیکل بخاطر خواص مغناطیسی اش ، یکی از اجزای آهنربا های آلنیکو ( ترکیب آلومینیوم ، نیکل و کبالت ) است . این آهنربا ها نسبت به آهنربا های خاکی کمیاب قوی تر عمل می کنند ولی نسبت به آهنربا های بر پایه آهن ضعیف ترهستند .
کبالت یکی از فلزات فرو مغناطیسی مهم است . صد ها سال است که خواص مغناطیسی کبالت مد نظر قرار گرفته و کاربردهای زیادی دارد . از کبالت درساخت آهنربا های نرم و سخت استفاده می شود . آهنربا های نرمی که از کبالت در ساختار شان استفاده می شود به نسبت سایر آهنربا های نرم مزیت های زیادی دارند .
برای نمونه آنها نقطه اشباع بالاتری دارند و دمای کوری آنها ما بین 950 تا 990 درجه سلسیوس است . پس بنابراین ، می توانند در فضاهایی با دمای بالاتر ( تا کمتر از500 درجه سلسیوس ) مورد استفاده قرار گیرند .
از کبالت و آلیاژ هایش در ساخت صفحات سخت ، توربین های بادی ، دستگاه های ام آر آی ، موتور ها ، محرک ها و سنسور ها استفاده می شود .
فولاد نیز چون از آهن گرفته می شود دارای خواص فرومغناطیسی آهن است و بیشتر فولاد ها به آهنربا می چسبند . در صورت لزوم از فولاد برای ساخت آهنربا های دائمی کمک می گیرند . برای مثال فولاد EN C15D. دارای مقدار حدودا 98 تا 99 درصد آهن است . بنابر این میتوان گفت اکثریت ترکیبات آن از آهن تشکیل شده است و خواص فرومغناطیسی آهن نیز در این سطح از فولاد وجود دارد .
برخی از فولاد های ضد زنگ خاصیت مغناطیسی دارند و برخی نه . یک آلیاژ استیل ، با دارا بودن حداقل 10.5 درصد کرومیک در خود ، به فولاد ضد زنگ تبدیل می شود . بعلت تنوع در ساختار شیمیایی فولاد ، انواع زیادی از فولاد ضد زنگ وجود دارد .
برای نمونه فریتیک و مارتنیک فولاد هایی هستند که بعلت ساختار آهنی و مولکولی شان در زمره ی فولاد های ضد زنگ قرار می گیرند .
علاوه بر فلزات نامبرده شده ، برخی دیگر از عناصر خاکی کمیاب نیز دارای خواص فرو مغناطیسی هستند . برای مثال می توان به گادولینیوم ، ساماریوم ، نیودیم اشاره کرد .
آهنربا های زیادی با خواص و ویژگی های گوناگون وجود دارند که می توانند با آهن و نیکل و کبالت ترکیب شوند که هرکدام دارای ویژگی ها و کاربرد های خاصی خواهند بود . برای مثال آهنربا های ساماریوم-کبالت در ماشین های توربو و موتور های برقی با کیفیت بالا و امثالهم وجود دارد .
ساختار کریستالی آلومینیوم ، مانند لیتیوم و منگنز ، آن را غیر مغناطیسی می کند . این ها سه نمونه از بارز ترین فلزات پارا مغناطیسی هستند . اگر چه انواع مختلفی از خوردگی آلومینیوم می تواند ایجاد شود اما آلومینیوم به خواص ضد خوردگی آن مشهور است . علاوه بر موارد گفته شده ، وزن سبک آن نیز باعث شده تا در صنایع گوناگون استفاده شود .
طلا و چند نمونه فلز دیگر یکی از انواع فلزات دایا مغناطیس است . طلا فلزی غیر مغناطیسی است و آهنربا را دفع می کند .
نقره یکی دیگر از فلزات غیرمغناطیسی است . و این باعث شده تا نقره های تقلبی در بازار زیاد شود . اگر سکه ها و یا جواهرات نقره به آهنربا جذب شود آن موضوعی دیگر است .
مس به تنهایی مغناطیسی نیست اما تا حدودی با آهنربا ها واکنش نشان می دهد . این ویژگی به تولید برق در کارخانه های برق کمک می کند .