فلزات مغناطیسی - فلزات غیر مغناطیسی

یکی از راه های تشخیص فلزات مغناطیسی از یکدیگر این است که بفهمید ویژگی های آنها چه مدت فعال بوده اند

 

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 . 

 

آهنربا چیست

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 . 

 

چه چیزی در فلزات ویژگی مغناطیسی ایجاد می کند

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 .  

 

انواع آهنربا

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

  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 

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 .  

 

فلزات مغناطیسی کدام ها اند

 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

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 . 

 

نیکل

 

 

 

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

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

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 .  

 

فولاد ضد زنگ

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 .  

 

فلزات خاکی کمیاب 

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 .  

 

کدام فلزها غیر مغناطیسی هستند

 

 

 

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

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 

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

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 .