همه چیز در مورد آهنربا و کاربرد آن

آهنربا جسمی با دو ناحیه مختلف است که آن‌ها را قطب شمال و قطب جنوب می‌نماند و با ایجاد میدان مغناطیسی می‌تواند فلزاتی مانند آهن را به خود جذب نماید. دو قطب ناهم نام آهنربا‌‌ یکدیگر را جذب و دو قطب هم نام یکدیگر را دفع می‌کنند. گفتنی است شدت میدان مغناطیسی در قطب‌ها بیشتر از نقاط دیگر آهنربا است.

تاریخچه آهنربا

آهنربای طبیعی را انسان پیش از میلاد مسیح می‌شناخت. آهنربای طبیعی در برخی معدن‌های آهن یافت می‌شود و از اکسیدهای آهن (Fe3O4) به نام مگنتیت تشکیل شده است. کلمه‌ی مگنت به معنی آهنربا از مگنزیا (Magnesia) که نام منطقه‌ای ‌است که در دوران باستان این کانی از آنجا استخراج می‌شده برگرفته شده ‌است. اولین کاربرد آهنربا در ساخت قطب‌نما بود.

ویلیام گیلبرت پزشک و فیزیک‌دان انگلیسی نخستین فردی بود که بصورت علمی آهنربا و مغناطیس را بررسی نمود. او در سال ۱۶۰۰ میلادی کتاب معروف خود را با نام «دربارهٔ آهنربا، اجسام آهنربایی و زمین به مثابه آهنربای بزرگ» منتشر کرد. گیلبرت تفاوت الکتریسیته و مغناطیس را مشخص و ویژگی‌های نیروهای جاذبه‌ی الکتریکی و مغناطیسی را بررسی نمود. او متوجه شد با نصف کردن آهنربا، مجدداً دو قطب تازه ایجاد می‌شود. همچنین این موضوع که زمین خود یک آهنربای بزرگ است مهمترین کشف او می‌باشد. با این کشف مشخص شد که چرا سوزن قطب‌نما همیشه در جهت خاصی قرار می‌گیرد یا چرا هنگامی که به صورت معلق است، یک سر آن متمایل به سمت زمین است.

انواع آهنربا و کاربرد آن

آهنرباها به دو دسته‌ی اصلی زیر طبقه بندی می‌شوند:

آهنربای الکتریکی: در این نوع آهنربا، میدان مغناطیسی توسط جریان الکتریکی ایجاد می‌شود و زمانی که این جریان متوقف شود، میدان مغناطیسی از بین می‌رود. آهنرباهای الکتریکی به عنوان اجزای دیگر وسایل الکتریکی مانند مولدها، موتورها، بلندگوها، رله‌ها، دستگاه‌های ام آر آی، ابزارهای علمی و دستگاه‌های جداسازی مغناطیسی،دیسک‌های سخت و همچنین به عنوان آهنرباهای صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارند.

آهنرباهای دائمی: این آهنرباها برای ایجاد میدان مغناطیسی نیازی به توان خارجی ندارند. با قرار دادن بعضی مواد مانند کبالت، آهن و نیکل در معرض میدان‌های مغناطیسی، آهنربای دائمی ساخته می‌شود. این نوع آهنربا کاربرد زیادی در حافظه‌های ذخیره اطلاعات، ژنراتورهای برق، میکروفون‌ها، بلندگوها، موتورهای الکتریکی و … دارند.

آهنرباهای دائمی دو ویژگی دارند که در کاربرد آن‌ها نقشی اساسی ایفا می‌کنند:

• پسماند: زمانی که ماده برای تبدیل شدن به آهنربا در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می‌گیرد، پس از حذف این میدان، مقداری از مغناطش (میدانی برداری‌ است که چگالی گشتاورهای مغناطیسی دائم یا القایی در یک ماده‌ی مغناطیسی را نشان می‌دهد) خود را حفظ می‌کند. این مغناطش باقیمانده در ماده، پسماند مغناطیسی یا پسماند نامیده می‌شود و هر چقدر این پسماند بزرگتر باشد آهنربا قوی‌تر است.
• وادارندگی: خاصیت مغناطیسی یک آهنربا را با قرار دادن آن در معرض میدانی مغناطیسی با جهت مخالف می‌توان از بین برد. به این میدان مغناطیسی وادارندگی گفته می‌شود. هرچه وادارندگی بزرگتر باشد آهنربا دائمی‌تر است.

انواع آهنرباهای دائمی

– آهنرباهای فریت یا آهنرباهای سرامیکی: این آهنربا از ترکیب اکسید آهن و فلزهای دو ظرفیتی مانند منگنز، سرب، ایتریم، باریم، نیکل و… ساخته می‌شوند. مانند سرامیک‌ها سخت و شکننده بوده و به رنگ سیاه یا خاکستری هستند. فریت‌ها در دسته مواد فری‌مغناطیسی قرار دارند و توان آهنربایی آن‌ها‌ کمتر از مواد فرومغناطیسی است. آهنربای طبیعی یا همان سنگ لودستون یک آهنربای فریت است.

فریت‌ها آهنرباهای قوی‌ای بحساب نمی‌آیند اما ویژگی‌هایی مانند رسانای بسیار ضعیف الکتریسیته بودن، مقاومت شیمیایی بالا، فراوانی مواد اولیه، روش تولید آسان، قیمت پایین و دمای کوری بالا باعث استفاده‌ی گسترده‌ی آن‌ها در صنایع مختلف شده است.

– آهنرباهای آلنیکو: این آهنربا از آلیاژ آهن و سه عنصر آلومینیوم،نیکل و کبالت تشکیل شده است و نام آن از این سه عنصر (Al-Ni-Co) برگرفته شده است. البته در ساختار آن گاهی از عناصر دیگری مانند تیتانیم یا مس نیز استفاده می‌شود. گفتنی است  برای اشاره به آلیاژهای مختلف آلنیکو از شماره‌گذاری استفاده می‌شود. مهمترین ویژگی این آهنربا دمای کوری بالای آن‌ است. همچنین از نظر فیزیکی و شیمیایی بسیار مقاوم می‌باشد.

کمتر بودن توان آهنربایی آلنیکو به دلیل پایین بودن وادارندگی آن به ویژه در مقایسه با آهنرباهای خاکی کمیاب است قیمت این آهنربا تقریبا ارزان بوده و در ساخت موتورها و ژنراتورهایی که در دماهای بالا کار می‌کنند و حسگرهای مختلف کاربرد دارند.

آهنرباهای خاکی کمیاب: آهنرباهای دائمی به دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند:

• آهنرباهای معمولی: این آهنرباها شامل آلیاژهای مختلف فولاد، آلنیکوها و فریت‌ها هستند و دارای توان ۲ تا ۸۰ کیلوژول بر متر مکعب می‌باشند.
• آهنرباهای پرانرژی: این آهنرباها تقریبا جدید بوده و در ساختار آن‌ها ترکیبات عنصرهای خاکی کمیاب (مجموعه‌ی ۱۷ عنصر شیمیایی جدول تناوبی است) دیده می‌شود. همچنین توانی بیش از ۸۰ کیلوژول بر متر مکعب دارند. «آهنرباهای ساماریم-کبالت» و «آهنرباهای نئودیمیمی» دو گروه اصلی از این آهنرباها هستند که به صورت تجاری تولید می‌شوند.