چگونه آهنربای قوی بسازیم - میهن مهر
header

چگونه آهنربای قوی بسازیم

آهن ربا ماده ای است که می تواند نیروی قابل توجهی را بر روی مواد دیگر اعمال کند بدون این که تماس واقعی با آنها داشته باشد. نیرویی که آهن ربا اعمال می کند به عنوان نیروی مغناطیسی شناخته می شود و ممکن است یا جذب کند و یا دفع کند. تمام مواد شناخته شده نوعی نیروی مغناطیسی خارج می کنند، اما این نیرو در بیشتر مواد به قدری کوچک است که قابل توجه نیست. در مقایسه با سایر مواد، نیروی مغناطیسی خیلی بزرگ تر است و به مواد دارای آن آهن ربا گفته می شود. خود زمین یک آهنربای عظیم است.

 

انواع آهن ربا

– آهنرباهای دایمی

برخی از آهن رباها که به عنوان آهنرباهای دایمی شناخته می شوند، خودشان بدون کمک هیچ نفوذ خارجی نیرویی را بر اشیا اعمال می کنند. مگنتیت (ماده معدنی مغناطیسی) سنگ آهن، یک آهن ربای دایمی طبیعی است. آهنرباهای دایمی دیگر را می توان با قرار دادن مواد خاصی در معرض نیروی مغناطیسی ساخت. هنگامی که نیروی مغناطیسی برداشته شود، این مواد خواص مغناطیسی خود را حفظ می کنند. اگر چه خواص مغناطیسی ممکن است در طول زمان و یا در دماهای بالا تغییر کند، اما این مواد به طور کلی مغناطیسی دایمی در نظر گرفته می شوند.

 

– آهن ربای الکتریکی

آهن رباهای دیگر به عنوان الکترومغناطیسی یا آهن ربای الکتریکی شناخته می شوند. این آهن رباهای الکتریکی از طریق احاطه شدن مواد خاصی با یک سیم پیچ از سیم ساخته می شوند. هنگامی که جریان الکتریکی از میان سیم پیچ عبور می کند، این مواد نیروی مغناطیسی خارج می کنند. وقتی جریان الکتریکی قطع می شود، نیروی مغناطیسی این مواد به نزدیک به صفر پایین می آید. مواد الکترومغناطیسی بدون جریان الکتریکی در سیم پیچ مقدار کمی از خواص مغناطیسی را حفظ می کنند.

 

how-to-build-a-strong-magnet-2

آهنربای الکتریکی نوعی آهنربا است که در آن میدان مغناطیسی توسط جریان الکتریکی تولید می‌شود

 

قطب های آهن ربا

همه آهن رباها دو نقطه دارند که در آنها نیروی مغناطیسی بزرگ تر است. این دو نقطه به عنوان قطب های آهنربا شناخته شده اند. برای یک آهن ربای نواری مستطیل شکل یا استوانه ای، این دو قطب در دو انتهای مخالف قرار دارند. یک قطب در جست و جوی قطب شمال یا قطب شمال شناخته می شود و قطب دیگر در جست وجوی قطب جنوب یا قطب جنوب نامیده می شود. در قطب نما، قطب شمال آهن ربا همیشه به دنبال یا رو به سمت شمال است. این خاصیت آهن ربا به ملوانان کمک کرده درباره جهت ها قضاوت کنند و به سرزمین های دور برسند و دوباره به خانه برگردند.

 

آهن رباها چه کاربردهایی دارند؟

در فناوری های حال حاضر، کاربردهای آهنربا شامل قطب نما، موتورهای الکتریکی، اجاق های مایکروویو، نور سنج برای عکاسی، بوق خودرو، تلویزیون ها، بلندگوها و ضبط صوت ها است. یکی از کاربردهای ساده آهن ربا در یخچال و فریزر برای بستن در آنها است. دستگاه تصویربرداری رزونانس مغناطیسی پزشکی هم یکی از کاربردهای پیچیده آهن ربا است.

 

تاریخچه استفاده از آهنربا
سنگ های معدنی مغناطیسی از صدها سال پیش از میلاد شناخته شده بودند. قطب نما هم نزدیک به ۱۰۰۰ سال است که شناخته شده است. در قرن ۱۷، دانشمندی انگلیسی به نام ویلیام گیلبرت با تأیید مشاهدات قبلی درباره قطب های مغناطیسی نتیجه گیری کرد که زمین یک آهنربا است. در سال ۱۸۲۰، هانس کریستین اُرستد رابطه بین الکتریسیته و نیروی مغناطیسی را کشف کرد و فیزیکدان فرانسوی آندره آمپر در سال ۱۸۲۱ این کشف را بسط داد.

 

در اوایل قرن بیستم، دانشمندان مطالعه درباره مواد مغناطیسی با پایه آهن و فولاد را آغاز کردند. تا دهه ۱۹۳۰میلادی، محققان اولین آهنرباهای دایمی آلیاژ قوی آلنیکو را تولید کردند. حتی آهنرباهای سرامیکی قوی تر که در ساخت آنها از عناصر خاکی کمیاب استفاده می شود، به طور موفقیت آمیزی در دهه ۱۹۷۰میلادی فرموله شدند. پیشرفت های بیشتری در زمینه ساخت آهن ربا در دهه ۱۹۸۰ انجام شد. امروزه، مواد مغناطیسی بسته به عملکرد مورد نیازشان در کاربردهای نهایی ساخته می شوند.

 

در ساخت آهن ربا از چه موادی استفاده می شود؟

– مواد خام موجود در آهن رباها
در هنگام ساخت آهن ربا، مواد اولیه اغلب از فرآیند تولید مهم ترند. مواد مورد استفاده در آهنرباهای دائمی با مواد مورد استفاده در الکترومغناطیس ها متفاوت اند. (مواد مورد استفاده در آهن رباهای دایمی گاهی اوقات به نام مواد سخت شناخته می شوند. این نام بازتاب کاربرد اولیه فولادهای آلیاژی برای ساخت آهن رباهای دایمی است. مواد مورد استفاده در الکترومغناطیس ها بعضی مواقع به عنوان مواد نرم شناخته می شوند که این نام بازتاب استفاده از آهن نرم و چکش خوار در آهن رباهای الکترومغناطیسی است.)

 

how-to-build-a-strong-magnet-2

همه آهن رباها دو نقطه دارند که در آنها نیروی مغناطیسی بزرگ تر است

 

در مبانی میدان های مغناطیسی و کاربردهای آهنرباها موضوعی به نام شیلد آهنربایی (Magnet Shielding) وجود دارد که باعث می شود میدان مغناطیسی آهنربا از یک سمت دلخواه کم یا بسیار زیاد ضعیف شود به نحوه ی که تقریبا وجود خارجی خود را از دست بدهد، اما چگونه امکان پذیر است؟ و این ماده از چه نوعی می باشد؟

اگر یک قطعه فلزی با ترکیبات آهن و نیکل (آهن خالص نیز باشد عمل خواهد کرد) تهیه کرده و یک سمت آهنربا را به آن متصل نمایید خواهید دید که سمت باز آهنربا بسیار قوی بوده و سمت دیگر(قسمت آهن) بسیار ضعیف می گردد و حتی نمی تواند کوچکترین مواد را به خود جذب نمایید، به همین سادگی شما یک آهنربای تک قطبی ساخته اید، اما چگونه این عمل رخ می دهد؟

دوستان و دانشجویان رشته برق با یک اتلاف معروف به نام Eddy Current که در هسته ترانس وجود دارد آشنا هستند این اتلاف در آزمایش بالا به وسیله قطعه آهنی که به آهنربا متصل گردیده به وجود می آید و به طور چشم گیری قوی می باشد که باعث تضعیف میدان مغناطیسی سمت موردنظر می گردد، به همین دلیل است که هسته ماشین های الکتریکی و ترانسفرماتورها به صورت ورق ورق ساخته می شود تا این نوع اتلاف به صفر برسد(البته هیچ گاه صفر نمی شود بلکه بسیار کم می شود).

how-to-build-a-strong-magnet-2

 

در نظر داشته باشید ضخامت شیلد مورد استفاده نیز با توجه به قدرت آهنربا اهمیت دارد.

با توجه به موارد گفته شده آهنربا اول در آزمایش به یک قطعه آهنی متصل می گردد و باعث می شود میدان S آن به شدت کاهش یابد و از سمت دیگر میدان S آهنربای دوم چون میدان S آهنربای اول بسیار کم شده می تواند به آن نزدیک شده و قطعه آهن (Magnet Shielding ) را جذب خود نماید.

در هارد دیسک های کامپیوتر نیز شیلد وجود دارد که باعث می گردد آهنربا آن به یک تک قطبی قوی تبدیل گردد، و البته در تمام موتور های الکتریکی بخصوص در لوازم کوچک (دریل و…) روی موتور حفاظط وجود دارد که وظیفه شیلد را به عهده دارد و باعث افزایش طول عمر ماشین می گردد و البته مهترین وظیفه آن حفظ پسماند تحریک نیز می باشد.

how-to-build-a-strong-magnet-2

آهنربا و شیلد آهنربای هارد دیسک

 

how-to-build-a-strong-magnet-2

شیلد موتور الکتریکی

منبع :http://mehrmihan.ir/how-to-build-a-strong-magnet-2/

این مطلب را به اشتراک بگذارید :
a b