آهن ربا چیست؟ – انواع و کاربردهای آن

ماده ای که میدان مغناطیسی ایجاد می کند و می تواند موادی چون آهن و نیکل را جذب کند آهن ربا نام دارد. نیرویی که آهن ربا بدون تماس مستقیم با مواد دیگر، بر آن ها اعمال می کند نیروی مغناطیسی نام دارد. با آهن ربا که از دو قطب تشکیل شده است در کتاب علوم هشتم آشنا هستیم. در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک با انواع این وسیله و خواص آن آشنا می شویم.

یونانی ها اولین کسانی بودند که ۶۰۰ سال قبل از میلاد مسیح سنگ هایی را یافتند که می توانستند آهن را جذب کنند. یونانی ها نام این سنگ ها را که از جنس اکسید طبیعی آهن بود ماگنتیت یا مغناطیس گذاشتند. اولین بار نیز از آهنربا در قطب نماها استفاده شد و نام آن را سنگ لودستون به معنای سنگ راهنما گذاشتند. پرگرینوس کسی بود که متوجه وجود دو قطب در آهن ربا شد و این که دو قطب هم نام همدیگر را دفع و دو قطب ناهمنام همدیگر را جذب می کنند. در فاصله سال های ۱۵۴۴ تا ۱۶۰۳ ویلیام گیلبرت کسی بود که اختلاف بین الکتریسیته و مغناطیس را بیان کرد و این موضوع مهم را که با شکستن آهن ربا دوباره قطب های جدید ایجاد می شود را متوجه شد.

در اواخر قرن هیجدهم میلادی کولن کسی بود که نیروی بین قطب های این ماده مغناطیسی را اندازه گیری کرد. بعد از آن پیشرفت های زیادی توسط دانشمندان زیادی همچون فارادی ارائه شد.

آهن ربا چیست

آهنربا جسمی است که آهن را جذب می کند و دو انتهای آن به نام قطب های آن هستند. این ماده می تواند میدان مغناطیسی ایجاد کند که اگر آن را به صورت معلق نگه دارند یک انتهای آن که به سمت شمال است قطب شمال و انتهای دیگر آن قطب جنوب نامیده می شود. شدت خاصیت مغناطیسی در دو قطب آهنربا بیشتر است و خط های میدان مغناطیسی در حال خروج از قطب شمال و ورود به قطب جنوب هستند.

انواع آهن ربا

دو نوع آهنربا وجود دارد. دایمی و الکتریکی.

دایمی

این نوع از آهنرباها برای ایجاد خاصیت مغناطیسی احتیاجی به نیروی خارجی ندارند و دائما میدان مغناطیسی ایجاد می کنند (مثل سنگ آهن). با قرار دادن بعضی مواد خاص در میدان مغناطیسی می توان آن ها را تبدیل به آهنربای موقت کرد. آهنربای دایمی دارای دو ویژگی پسماند و وادارندگی می باشد. آهنربای موقت بعد از برداشتن از میدان مغناطیسی، برای چند لحظه خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند، که این خاصیت مغناطیسی باقیمانده بعد از برداشتن از میدان مغناطیسی را پسماند می گویند. وادارندگی نیز به این معنی است وقتی یک آهنربا را در میدانی مخالف جهت میدان مغناطیسی تولید آن قرار دهیم خاصیت مغناطیسی آن از بین می رود. به این میدان لازم برای این عمل وادارندگی می گویند که هرچه مقدار بزرگتری داشته باشد آهنربا دایمی تر خواهد بود.

الکتریکی

نوع دیگری از آهنرباها به نام الکترومغناطیسی یا آهنرباهای الکتریکی اند که با یک جریان الکتریکی خارجی میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. این مواد با سیم پیچی احاطه شدند که وقتی به یک جریان الکتریکی متصل شود می تواند میدان مغناطیسی ایجاد کند.

انواع آهن ربای دایمی

آلنیکو : این آهنربا که از آهن، نیکل، آلومینیم و کبالت (نام آن نیز از ابتدای سه عنصر گرفته شده است)، ساخته شده که با قدرت مغناطیسی در ساخت بلندگوهای دایمی استفاده می شود. این آهنربا به شکل مغناطیس طولی (قرار گیری قطب ها در طول جسم) کاربرد دارند.

فریت یا سرامیکی

این آهنربا از پودر مغناطیسی و چینی ذوب شده تهیه می شود و چون نوع ارزانی است موارد استفاده زیادی دارد. این آهنربا به شکل مغناطیس عرضی (قرار گیری دو قطب در عرض جسم) استفاده می شود. نام آن نیز از مواد سازنده آن مثل فریت باریم گرفته شده است.

سارماریوم

این آهنربا از عنصر کمیاب سارماریوم با عدد اتمی ۶۲ ساخته شده و دارای پسماند مغناطیسی زیادی است. به این دلیل قدرت آن بیشتر از آهنربای دایمی معمولی است. به دلیل هزینه بالای تولید آن در سایزهای کوچک ساخته می شود و در ساعت های الکترونیکی تجهیزات نظامی کاربرد دارند.

نئودیمیم

این آهنربا که به آهن بور نیز معروف است از عنصرهای خاکی کمیاب ساخته شده و بیشترین قدرت آهنربایی دارند اما در برابر دما و خوردگی مقاومت کمی دارند. این آهنرباها معدنی و رنگ نقره ای دارند.

انواع آهن ربا از نظر شکل

آهنرباها به شکل های مختلفی ساخته می شوند که قدرت یک آهنربا را بیشتر نوع شکلی که دارد و نه اندازه آن تعیین می کند.

آهنربای میله ای

متداول ترین آهنرباها اما ضعیف ترین آن ها، آهن ربای میله ای است. چون اندازه قطب های آن ها کوچک بوده و بیشترین قدرت مغناطیسی یک آهنربا نیز در قطب های آن است. از این نمونه ها بیشتر در قطب نماها و یخچال ها استفاده می شود. این آهنربا که از آلیاژ استیل ساخته می شود در صنایع پلاستیکی، دارویی، لاستیکی، برق و الکترونیک و… کاربرد دارد.

آهنربای نعل اسبی

از مهمترین ویژگی های این نوع از آهنرباها در قدرت بالای آن ها برای بلند کردن وسایل در هر سایزی است. ازاین نوع در آونگ ها و همچنین در صنعت برای جابه جایی قطعه های بزرگ استفاده می شود.

آهنربای دیسکی

این نوع از آهنرباها به دلیل شکل ظاهری پهنی که دارند دارای قطب های مغناطیسی بزرگی هستند و آهنرباهای قوی با قدرت جذب بالا به شمار می آیند. از آن ها در صنعت، دکوراسیون و پوشاک استفاده می شود.

آهنربای کروی

از این آهنرباها در ساخت اسباب بازی، زیور آلات، بازی های هیجانی استفاده می شود. همچنین در لگوی اتم ها در شیمی برای نشان دادن اتم ها از این آهنرباها استفاده می شود.

آهنربای حلقوی

آهنربای حلقوی با قطری برابر دو نیم بند انگشت و داشتن سوراخی به قطر ۲ سانتی متر، یک آهنربای تقریبا با قدرت بالاست که در مدارس و پزشکی کاربرد دارد. رنگ آن قرمز می باشد که به آن آهنربای رینگی نیز می گویند.

آهنربای استوانه ای

این آهنربا بیشتر از نئودیمیوم ساخته می شود. اندازه کوچکی دارد ولی بسیار قوی می باشد. دو آهنربای استوانه ای چسبیده به هم خیلی سخت از هم جدا می شوند.

راه های تشخیص قطب های یک آهن ربا

به سه روش زیر می توان قطب های نامعلوم یک آهنربا را مشخص کرد. در یک روش اگر آهنربا را به حالت معلق از جایی آویزان کنیم دو انتهای آن در جهت شمال و جنوب مغناطیسی زمین قرار خواهند گرفت. در روشی دیگر از یک آهنربا با قطب های مشخص استفاده می شود و از این موضوع که قطب های همنام همدیگر را دفع می کنند و قطب های ناهمنام همدیگر را جذب می کنند استفاده می شود. در روش سوم با به کار گرفتن عقربه مغناطیسی قطب های آهنربا مشخص می شود.

راه های جلوگیری از ضعیف شدن آهن ربا

با توجه به نوع جنس آهنرباها عمر آن ها متفاوت است که از بین انواع آن ها نئودیمیوم بهترین است. باید آهنربا را از ضربه حفظ کرد چون ضربه زدن باعث آسیب و کاهش قدرت آن می شود. آهنربا را دور از دمای بالا و میدان مغناطیسی همنام نگه داری کنیم. قرار دادن در میدان مغناطیسی همنام باعث کاهش قدرت و عمر آهنربا می شود.

طریقه ساخت یک آهن ربا

یک روش ساده برای ساخت آهنربا این است که یک قطعه کوچک فلزی را می توانیم به یک آهنربای کوچک بمالیم. چندین بار این کار را انجام می دهید وقتی این قطعه فلزی را در مقابل فلزات کوچک دیگر مانند سنجاق ته گرد قرار دهیم، سنجاق جذب قطعه فلزی خواهد شد. پس با این کار یک آهنربا ساختیم.

ساخت آهن ربای الکتریکی

اگر به یک میله آهنی (مثل میخ)، چندین دور سیم روکش دار بپیچانیم و دو انتهای آن را به یک جریان برق (قطب های مثبت و منفی باتری) وصل کنیم آهنربای الکتریکی ساختیم چون میدان مغناطیسی به میله آهنی القا می شود. با قطع اتصال به باتری خاصیت مغناطیسی ضعیف و ضعیف تر شده و از بین می رود. در این روش ساخت با افزایش تعداد دورهای سیم پیچ و یا با اعمال ولتاز بالا قدرت آهنربای ساخته شده بیشتر می شود.

کاربرد آهن ربا

آهنرباهای مختلف با توجه به اندازه، شکل و قدرت خود کاربردهای متفاوتی دارند. از کاربردهای آن می توان در جرثقیل ها، رایانه ها (جهت ذخیره اطلاعات در هارد دیسک)، بلندگوها (رادیو، تلویزیون و رایانه ها)، درب های یخچال، نورسنج برای عکاسی، دستگاه مایکروویو و ماشین ها استفاده می شود. در پزشکی آهنربا در درمان سرطان و ساخت دستگاه های ام آر آی کاربرد دارد که این دستگاه می تواند تصاویری از استخوان ها و بافت های بدن ایجاد کند.

از آهنربا در ساخت ژنراتورهای تولید کننده برق استفاده می کنند. از این وسیله در ساخت قطب نماهای مغناطیسی با جهت گیری سوزن آن، تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین، به سمت شمال استفاده می شود که در کشتیرانی برای جهت یابی از آن استفاده می شود. در خانه ها از آهنربا در ثابت گذاشتن ظروف آشپزخانه، ثابت گذاشتن عکس ها و پوسترها مثلا روی یخچال، تمیز کردن شیشه ها در ساختمان های بزرگ و موارد بسیار زیادی استفاده می شود.

از کجا آهنربا بخرم

آهنرباها در اشکال، اندازه ها و قدرت های مختلف وجود دارند. آهنرباهای میله ای، آهنرباهای نعل اسبی و آهنرباهای دیسکی شکل یکدیگر را جذب و دفع می کنند. گیره های فلزی به برخی از آهنرباها می چسبند. شما می توانید انواع آهنرباها را به صورت اینترنتی یا از مغازه های فروش ابزار و یراق خریداری نمایید. بر اساس کاربرد و هدف مورد نظر خود می توانید آهنرباهای کوچک یا بزرگ را خریداری نمایید. آهنرباها از نظر کیفیت نیز با یکدیگر متفاوتند و با قدرت های مختلفی ارائه می دهند.

همه آهنرباها آهن را جذب می کنند، مانند آهنرباهای در یخچال. با این حال، آهنرباها ممکن است آهنرباهای دیگر را جذب یا دفع کنند. آزمایش نشان می دهد که همه آهنرباها دو قطب دارند. اگر آزادانه معلق باشد، یک قطب به سمت شمال خواهد بود. بنابراین، این دو قطب، قطب مغناطیسی شمال و قطب مغناطیسی جنوب (یا به‌ طور دقیق‌ تر، قطب شمال ‌جویی و جنوب ‌جویی، برای جاذبه ‌های موجود در آن جهت‌ها) نامیده می‌ شوند.

این یک ویژگی جهانی همه آهنرباها است که مانند قطب ها دفع می کنند و برخلاف قطب ها جذب می شوند. (به شباهت با الکترواستاتیک توجه کنید: برخلاف بارها جذب می شوند و بارهای مشابه دفع می شوند.) آزمایش‌های بیشتر نشان می‌ دهد که جدا کردن قطب‌های شمال و جنوب به شیوه‌ای که بتوان بارهای + و – را از هم جدا کرد، غیرممکن است.

زمین مانند یک آهنربای میله ای بسیار بزرگ عمل می کند که قطب جنوب آن در نزدیکی قطب شمال جغرافیایی است. به همین دلیل است که قطب شمال قطب نما شما به سمت قطب شمال جغرافیایی زمین جذب می شود – زیرا قطب مغناطیسی که در نزدیکی قطب شمال جغرافیایی قرار دارد در واقع یک قطب مغناطیسی جنوب است! سردرگمی به این دلیل به وجود می آید که اصطلاح جغرافیایی “قطب شمال” (به اشتباه) برای قطب مغناطیسی نزدیک قطب شمال استفاده شده است.