خاصیت مغناطیسی چیست؟ کدام فلزات مغناطیسی جذب آهنربا می شوند؟
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
استفاده از فلزات مختلف مانند مس، برنج و برنز به هزاران سال قبل باز می گردد. اولین استفاده از آهن ربا نیز در تمدن های باستان به 2500 سال قبل مربوط می شود. در قرن 12 و 13 میلادی، از قطب نمای مغناطیسی برای ناوبری در چین و اروپا استفاده می شد. امروزه کاربردهای آهن ربا و به طور کلی فلزات مغناطیسی، بسیار بیشتر شده است.
این نکته را در نظر داشته باشید تنها فلزی که خاصیت مغناطیسی دارد، آهن نیست. برخی از عناصر موجود در پوسته زمین نیز دارای چنین خاصیتی هستند. هر یک از آن ها، می توانند در موارد خاصی کاربرد داشته باشند. در ادامه این مطلب، قصد داریم تا در مورد فلزات مغناطیسی و انواع آنها صحبت کنیم.
خاصیت مغناطیسی چیست؟
تا به حال شده که با آهنربا بازی کرده باشید و ببینید چطور فلزات را به سمت خود جذب می کنند؟ یا شاید با قطب نما مسیر را پیدا کرده باشید؟ این ها فقط چند نمونه از خاصیت مغناطیسی هستند که دنیای اطرافمان را پر از شگفتی کرده است.
اما مغناطیس دقیقا چیست؟ به طور ساده، مغناطیس نیرویی است که برخی مواد را جذب یا دفع می کند. این نیرو به خاطر حرکت بارهای الکتریکی در اتم ها به وجود می آید.
ماده مغناطیسی چیست؟
ماده مغناطیسی به دسته ای از مواد گفته می شود که در برابر میدان مغناطیسی واکنش نشان می دهند. این واکنش به دلیل حرکت بارهای الکتریکی در اتم های این مواد است. انواع مختلفی از مواد مغناطیسی وجود دارد که هر کدام رفتار خاص خود را در برابر میدان مغناطیسی دارند.
- فرومغناطیس ها: این مواد مثل آهن، نیکل و کبالت، همیشه مغناطیسی هستند. حتی اگر هیچ آهنربای دیگری در نزدیکی آنها نباشد. فرومغناطیس ها قوی ترین نوع مواد مغناطیسی هستند و کاربردهای بسیار زیادی در صنعت دارند.
- پارامغناطیس ها: این مواد، مثل آلومینیوم و اکسیژن، فقط در حضور یک آهنربای دیگر، مغناطیسی می شوند. پارامغناطیس ها به طور ضعیفی جذب میدان مغناطیسی می شوند.
- دیامغناطیس ها: این مواد مثل طلا، نقره و مس میدان مغناطیسی را دفع می کنند. دیامغناطیس ها به ندرت در زندگی روزمره کاربرد دارند.
چه فلزاتی جذب آهنربا می شوند؟ + جدول فلزات مغناطیسی
فلزاتی که جذب آهنربا می شوند، به دسته مواد مغناطیسی یا فرومغناطیس ها تعلق دارند. مهم ترین این فلزات عبارتند از:
- آهن: رایج ترین و شناخته شده ترین فلز مغناطیسی است.
- نیکل: در آلیاژهای مختلف مثل فولاد ضد زنگ و مونل به کار می رود.
- کبالت: در باتری ها و آلیاژهای مغناطیسی استفاده می شود.
- گادولینیوم: در لیزرها و لامپ های فلورسنت به کار می رود.
- دیسپروزیم: در لامپ های فلورسنت و هارد دیسک ها استفاده می شود.
علاوه بر این فلزات خالص، آلیاژهای مختلفی نیز وجود دارند که با توجه به ترکیب عناصرشان می توانند مغناطیسی باشند. در زیر جدولی از برخی فلزات رایج و خاصیت مغناطیسی آنها آورده شده است:
| نام فلز | مغناطیسی؟ | کاربردها |
|---|---|---|
| آهن | بله | آهنربا، فولاد، ماشین‌آلات |
| نیکل | بله | سکه، فولاد ضد زنگ، باتری |
| کبالت | بله | آلیاژهای مغناطیسی، باتری |
| منگنز | بله | فولاد، باتری |
| گادولینیوم | بله | لیزر، لامپ فلورسنت |
| دیسپروزیم | بله | لامپ فلورسنت، هارد دیسک |
| کروم | خیر | روکش فلزات، فولاد ضد زنگ |
| آلومینیوم | خیر | قوطی‌های کنسرو، فویل |
| مس | خیر | سیم، لوله، ظروف |
| طلا | خیر | جواهرات، الکترونیک |
| نقره | خیر | جواهرات، ظروف |
| سرب | خیر | باتری، لوله |
توجه داشته باشید که این فقط یک لیست نمونه است و فلزات مغناطیسی و آلیاژهای دیگری نیز وجود دارند. خاصیت مغناطیسی یک فلز می تواند تحت تاثیر عوامل مختلفی مثل دما و ناخالصی ها قرار گیرد.
فلزی که جذب آهنربا نمی شود!
فلزات زیادی هستند که جذب آهنربا نمی شوند. برخی از رایج ترین آنها شامل آلومینیوم، مس، طلا، نقره، سرب، روی، تیتانیوم و پلاتین هستند. آلومینیوم یک فلز سبک و پرکاربرد در هواپیماها، قوطی های نوشابه و فویل آلومینیوم است. مس به دلیل رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، در سیم ها، لوله ها و ظروف پخت و پز استفاده می شود. طلا نیز یک فلز گرانبهاست که در جواهرات، سکه ها و صنایع الکترونیک کاربرد دارد.
نقره نیز مانند طلا (با ارزش قیمتی کمتر)، یک فلز گرانبها در جواهرات، ظروف و سکه هاست. سرب فلزی متراکم در باتری ها، لوله ها و محافظ های اشعه ایکس است.
روی در گالوانیزه کردن فولاد برای محافظت از آن در برابر زنگ زدگی و همچنین در باتری ها استفاده می شود. تیتانیوم یک فلز سبک و قوی در هواپیما، تجهیزات ورزشی و ایمپلنت های پزشکی استفاده می شود. پلاتین یک فلز گرانبها در کاتالیزورها، جواهرات و تجهیزات پزشکی است.
با کدام فلزات می توان آهنربای بهتری ساخت؟
برای ساخت آهنربای بسیار قوی، از آلیاژهای خاص فلزات مختلف استفاده می شود. رایج ترین این آلیاژها عبارتند از:
آهن – نئودیم – بور (NdFeB): این آلیاژ قوی ترین نوع آهنربای دائمی است که در حال حاضر وجود دارد. به همین دلیل از آن در طیف گسترده ای از کاربردها از جمله موتورهای الکتریکی، هارد دیسک ها و بلندگوها استفاده می شود.
ساماریوم – کبالت (SmCo): این آلیاژ دومین نوع قوی آهنربای دائمی است. به همین دلیل در مواردی که به مقاومت بالا در برابر گرما نیاز دارند (مانند موتورهای هواپیما و ژنراتورها) استفاده می شود.
آلنیکو (Alnico): این آلیاژ از آلومینیوم، نیکل و کبالت ساخته شده است. در مواردی که به ثبات بالا در برابر میدان های مغناطیسی خارجی نیاز دارند، (مانند ابزارهای علمی و قطب‌نماها) از این آلیاژ استفاده می شود.
کبالت – پلاتین (CoPt): این آلیاژ جدیدترین نوع آهنربای دائمی است که به طور تجاری در دسترس است. از آن در کاربردهایی استفاده می شود که به قدرت مغناطیسی بسیار بالا و دمای کاری بالا نیاز دارند (مانند حافظه های مغناطیسی با چگالی بالا).
انواع آهنربا
آهنرباها بر اساس نحوه تولید و خواصشان به دسته های مختلفی تقسیم می شوند. در اینجا برخی از رایج ترین انواع آهنرباها آورده شده است.
آهن ربای دائمی
وقتی صحبت از آهن ربا می شود، تصور اکثر افراد همان آهنربای دائمی است که می توانند یک میدان مغناطیسی ایجاد کنند و فلزات خاص را جذب کنند. دو نوع آهنربای دائمی وجود دارد؛ گروه اول، مواردی هستند که از مواد مغناطیسی سخت تشکیل شده اند و می توانند برای مدتی طولانی خاصیت مغناطیسی داشته باشند. دسته دوم، از مواد مغناطیسی نرم ساخته شده اند.
نکته قابل توجه اینجاست که فلزات مغناطیسی نرم می توانند مغناطیسی شوند؛ اما به سرعت خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند. از نمونه های متداول فلزات مغناطیسی نرم می توان به آلیاژهای آهن سیلیکون و آلیاژهای نیکل اشاره کرد. این مواد به طور معمول در صنایع الکترونیک (به عنوان مثال ترانسفورماتور و محافظ مغناطیسی) استفاده می شود.
آهنربای الکترومغناطیسی
آهن رباهای الکترومغناطیسی برای کار به برق نیاز دارند. این نوع آهن ربا معمولا در موتورهای الکتریکی و ژنراتورها استفاده می شوند. در موتورهای الکتریکی، جریان برق یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند و موتور را به حرکت در می آورد. در ژنراتورها، یک نیروی خارجی مانند باد، جریان آب یا بخار شافت را می چرخاند تا مجموعه ای از آهن ربا را به دور سیم پیچ به حرکت در آورد در نتیجه، یک جریان الکتریکی تولید می کند.
در ساخت ماشین آلات سنگین مانند برخی از جرثقیل ها و همچنین برای برداشتن اجسام سنگین نیز از این نوع آهنربا استفاده می شود. این آهنرباهای الکتریکی به شکل صفحه گردی هستند که در انتهای جرثقیل نصب شده است.
آهنربای نئودیمیم
نئودیمیم یک عنصر شیمیایی با نماد Nd و عدد اتمی 60 است که به عنوان یک عنصر خاکی کمیاب شناخته می شود. امروزه از این عنصر به همراه آهن و بور برای ساخت آهن ربا استفاده می شود. جالب است بدانید که این نوع آهن ربا، قوی ترین آهنربایی است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد.
آهن ربا نئودیمیم در برف پاک کن های خودرو، درایوهای دیسک سخت، اتصال دهنده های مغناطیسی و همچنین توربین های بادی استفاده می شود.
اینها تنها چند نمونه از انواع مختلف آهنرباها هستند. آهنرباها در اشکال، اندازه ها و مواد مختلفی وجود دارند و می توان از آنها در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده کرد.
تاثیر حرارت بر خواص مغناطیسی
تاثیر دما بر روی آهنرباها موضوعی جالب و حائز اهمیت است. به طور کلی، افزایش دما باعث ضعیف شدن میدان مغناطیسی آهنربا می شود. به این پدیده دمای کوری (Curie temperature) می گویند. دمای کوری هر ماده مغناطیسی خاص خود را دارد.
در دمای کوری، آهنربا خاصیت مغناطیسی خود را به طور کامل از دست می دهد. برای مثال، دمای کوری آهن 769 درجه سانتیگراد و دمای کوری نیکل 355 درجه سانتیگراد است. اما توجه داشته باشید که همه مواد مغناطیسی به یک اندازه تحت تاثیر دما قرار نمی گیرند.
برخی از مواد در برابر تغییرات دما مقاوم تر هستند و دمای کوری بالاتری دارند. علاوه بر دما، عوامل دیگری مانند تنش و میدان مغناطیسی خارجی نیز می توانند بر خواص مغناطیسی مواد تاثیر بگذارند.
ضعیف شدن آهنربا با افزایش دما به دو دلیل زیر اتفاق می افتد:
- افزایش انرژی حرارتی: با افزایش دما، اتم های موجود در ماده مغناطیسی به طور تصادفی بیشتر ارتعاش می کنند. این ارتعاشات تصادفی، نظم گشتاورهای مغناطیسی اتم ها را مختل می کند و در نتیجه میدان مغناطیسی ضعیف تر می شود.
- تغییر در ساختار کریستالی: در برخی از مواد مغناطیسی، افزایش دما می تواند باعث تغییر ساختار کریستالی ماده شود. این تغییر ساختار می تواند منجر به ضعیف شدن یا حتی ناپدید شدن میدان مغناطیسی شود.
کاربرد فلزات مغناطیسی
فلزات مغناطیسی به دلیل خواص منحصر به فرد خود، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. برخی از مهمترین کاربردهای این فلزات را بررسی می کنیم. نوع کاربرد فلزات مغناطیسی به خواص مغناطیسی آنها مانند قدرت مغناطیسی، ضریب نفوذپذیری و پایداری حرارتی بستگی دارد.
1. صنعت الکترونیک
ترانسفورماتورها: در هسته ترانسفورماتورها از فلزات مغناطیسی نرم مانند آهن-سیلیکون استفاده می شود. این فلزات به دلیل قابلیت القای مغناطیسی بالا، تلفات جریان گردابی کمی دارند و برای انتقال ولتاژ و جریان ایده آل هستند.
موتورها و ژنراتورها: در موتورها و ژنراتورها از فلزات مغناطیسی برای ایجاد میدان مغناطیسی چرخشی استفاده می‌شود. این میدان مغناطیسی برای تولید گشتاور و یا برق ضروری است.
سلف ها و القاگران: در سلف ها و القاگران از فلزات مغناطیسی برای ذخیره سازی انرژی الکتریکی به صورت میدان مغناطیسی استفاده می شود.
2. صنعت الکتریکی
آهنربای دائمی: در انواع مختلف آهنربا، از فلزات مغناطیسی مانند آهن، نیکل، کبالت و آلیاژهای آنها استفاده می شود. آهنرباهای دائمی کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف مانند موتورها، ژنراتورها، بلندگوها، ابزار دقیق و مصارف خانگی دارند.
مغناطیس های الکتریکی: در مغناطیس های الکتریکی، از فلزات مغناطیسی نرم مانند آهن-سیلیکون استفاده می شود. با عبور جریان الکتریکی از سیم پیچ حول هسته این آهنرباها، میدان مغناطیسی قابل تنظیم ایجاد می شود. از این نوع آهنرباها در جرثقیل های مغناطیسی، جداکننده های مغناطیسی و بلندگوها استفاده می شود.
3. صنایع پزشکی
تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی (MRI): در دستگاه های MRI از میدان مغناطیسی قوی و امواج رادیویی برای ایجاد تصاویر دقیق از اندام های داخلی بدن استفاده می شود. در این دستگاه ها از فلزات مغناطیسی مانند آهن و مس استفاده می شود.
مگنتوتراپی: برخی معتقدند که میدان های مغناطیسی می توانند برای تسکین درد، کاهش التهاب و بهبود گردش خون مفید باشند. در مگنتوتراپی از وسایلی استفاده می شود که میدان مغناطیسی را در محل مورد نظر اعمال می کنند.
به طور کلی، در این مطلب به معرفی فلزات مغناطیسی پرداختیم. همان طور که گفته شد، آهن، نیکل، کبالت و همچنین برخی از عناصر خاکی کمیاب از مهمترین فلزاتی هستند که خاصیت مغناطیسی دارند. امروزه استفاده از آهن ربا در تجهیزات صنعتی گوناگون بسیار رایج است؛ به صورتی که می‌توان گفت پیشرفت های تکنولوژی باعث شده تا آهن ربای امروزی نسبت به 90 سال پیش، 60 برابر قوی تر باشد!
سلام میخواستم بدونم نقره هم دارای خاصیت مغناطیسی هست یا نه