علم پشت آهنرباها و خواص شگفت انگیز آنها

آهنربا

آشنایی با آهن ربا برای بیشتر ما به همان دوران تحصیل ابتدایی‌مان برمی‌گردد. همان‌طور که از نام آهن‌ربا مشخص است، به جسمی گفته می‌شود که قادر به ربایش و جذب آهن و فلزات دیگری مثل کبالت و نیکل به سمت خود است. طوری که یک میدان مغناطیسی در اطرافش ایجاد می‌شود. با توجه به گسترش پژوهش‌های علمی توسط دانشمندان مختلف، در مورد انواع آهنربا و همه ویژگی‌های شگفت انگیز آن اطلاعات بیشتری منتشر شده است. آگاهی از این موارد، برای علاقه مندان و فعالان این حوزه می‌تواند جالب باشد. به همین خاطر ادامه این بخش را به ارائه مطالبی در مورد خواص آهنربا، مغناطیس و سایر بخش‌های مرتبط با آن، اختصاص می‌دهیم.

خواص آهنربا

مهم‌ترین خاصیت آهنربا، تولید میدان مغناطیسی آن است. میدان مغناطیسی که توسط آهنربا تولید می‌شود، دارای دو قطب شمال و جنوب است. جا به جایی نیروی مغناطیسی هم با خروج از قطب شمال و ورود به قطب جنوب صورت می‌گیرد.

انواع آهنربا

آهن رباها با توجه به شکل ظاهری، مقاومت و همین‌طور نوع میدان مغناطیسی‌شان، دارای انواع مختلفی هستند. هرکدام از این آهن رباها هم ویژگی‌ها و کاربرد اختصاصی خود را دارد. به همین دلیل در فهرست زیر، به معرفی انواع آهنربا از جنبه‌های مختلف می‌پردازیم.

شکل‌های مختلف آهنربا

انواع آهنربا را می‌توانید به یکی از شکل‌های زیر ببینید.

• آهنربای میله‌ای

یکی از رایج‌ترین آهنرباهایی است که یافت می‌شود. جهت آموزش، استفاده در یخچال و همین‌طور برای قطب‌نما مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به اینکه قطب آهنربای میله‌ای مساحت کمی دارد، قدرت این آهنربا نسبت به سایر شکل‌ها، ضعیف‌تر است.

• آهنربای نعل اسبی

اولین تصوری که با شنیدن نام آهنربا به ذهن بیشتر افراد می‌رسد، همین آهنربای U شکل یا نعل اسبی است. آهنربای نعل اسبی را به عنوان نماد جهانی برای آهن‌ربا هم می‌شناسند. قدرت این آهنربا در ناحیه قطب‌ها بسیار زیاد است. می‌توان برای برداشتن و بلند کردن اجسام مختلف از آهنربای یو شکل استفاده نمود. از آهنرباهای بزرگ‌تر U شکل می‌توان در صنایع بزرگ بهره‌مند شد.

• آهنربای دیسکی

آهن‌ربای دیسکی شکل، دارای سطح مقطع بیشتر در ناحیه قطب‌ها است؛ بنابراین قدرت آن در جذب افزایش پیدا می‌کند. هر اندازه که دیسک آهنربا باشد، به همان نسبت هم از آن در صنایع مختلف بهره‌برداری می‌شود. از کاربردهای آهنربای دیسکی می‌توان به استفاده آن در ساخت زیورآلات، دکوراسیون و چسباندن پارچه اشاره نمود. علاوه بر این، برای بلند کردن ماشین‌های بزرگ و جهت اوراق کردن آن‌ها در این صنعت می‌توان از نوع بزرگ‌تر آهنربای دیسکی استفاده کرد.

• آهنربای کروی

کروی شکل بودن آهنربا، معمولاً در ساخت انواع اسباب‌بازی و ابزار نو به کار می‌آید. علاوه بر این آهنربای کروی را می‌توان برای ساخت زیورآلاتی مثل دستبند و گردنبند که حالت کروی دارند، استفاده کرد. در بخش آموزش هم می‌توان از این آهنربا برای نمایش اتم‌ها ساختار مولکول‌ها بهره برد.

• آهنربای استوانه‌ای

در صنعت پزشکی و برای درمان برخی بیماری‌ها مثل انحراف در نخاع می‌توان از آهنربای استوانه‌ای شکل استفاده کرد.

• آهنربای حلقوی

در صنعت پزشکی و همین‌طور آزمایشگاه‌های علمی می‌توان از آهنربای حلقوی استفاده نمود.

تنوع قدرت در آهن‌ربا

اینکه هر آهنربا از کدام عنصر در ساختش بهره می‌برد، روی قدرت و نیروی مغناطیسی نهایی آن اثر می‌گذارد. به همین دلیل در دسته‌بندی دیگر، می‌توان آهنرباها را با توجه به این مورد به نام‌های مختلف معرفی نمود.

• آهنربای سرامیکی

ترکیبی از اکسید آهن با کامپوزیت سرامیکی، این نوع آهنربا را تشکیل می‌دهد. نام دیگر آهن‌ربای سرامیکی، آهنربای فریت است.

• آهنربای آلنیکو

آلومینیوم، نیکل و کبالت فلزاتی هستند که در ساخت آهنربای آلنیکو از آن‌ها استفاده شده است. نسبت به آهنربای سرامیکی، قدرت بیشتری دارند.

• آهنربای نئودیمیم

فلزاتی مثل بور، آهن و عنصر حاکی کمیاب نیتیمیم در ساخت آهنربای نئودیمیم استفاده می‌شود.

• آهنرباهای کبالت ساماریوم

ساماریوم نام یک عنصر کمیاب خاکی است که با فلز کبالت ترکیب می‌شود و آهنربای کبالت ساماریوم به وجود می‌آید.

مغناطیس

همان نیرویی که باعث می‌شود تا یک آهنربا قابلیت جذب یک ماده مغناطیسی را داشته باشد، مغناطیس است. مغناطیس یک پدیده است که در آن، نیروی مغناطیسی توسط ذرات بارداری که در آهنربا وجود دارد، ایجاد می‌شود. با توجه به جهتی که هر ذره باردار دارد، می‌توان نیروی جاذبه مغناطیسی یا نیروی دافعه مغناطیسی داشت.

میدان مغناطیسی

حرکت ذرات باردار و مواد مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی صورت می‌گیرد. برای آهنربا هم میدان مغناطیسی در اطرافش ایجاد می‌شود. دو انتهای هر آهنربا هم که قطب شمال و قطب جنوب آن نام دارد، دارای قدرت بیشتری در نیروی مغناطیسی هستند. حرکت نیروی مغناطیسی در میدان مغناطیسی آهنربا هم معمولاً خروج از قطب شمال و ورود به قطب جنوب است.

کاربردهای آهنربا

با توجه به ویژگی‌ها و خواصی که در آهن‌ربا وجود دارد، این امکان فراهم می‌شود که در شرایط و کاربردهای مختلف از آن استفاده نمود. فهرست زیر، شامل برخی کاربردهای آهنربا می‌شود.

• یکی از مهم‌ترین کاربردهای آهن‌ربا این است که ازآن‌جهت جداسازی مواد مغناطیسی از سایر مواد استفاده می‌شود. برای مثال در محیطی که آهن یا فولاد با زباله‌های دیگر ترکیب شدند، این روش کارساز است.
• برای ساخت قطب‌نما، جهت مسیر یابی بهتر در محیط‌های مختلف می‌توان از آهنربا و خاصیت‌های مفید آن بهره برد.
• یک کاربرد مهم دیگر آهنربا، استفاده از آن جهت بهتر نگه داشتن انواع وسایل درب دار مثل یخچال، جعبه مداد، برچسب مغناطیسی و مواردی از این دست است.
• از خاصیت آهنربا در ساخت وسایل متنوعی مثل زنگ در ماشین لباس‌شویی، تلویزیون، موتور برق، انواع اسباب بازی، برخی زیورآلات و … استفاده می‌شود.
• از میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آهن ربا هم می‌توان برای تولید برق استفاده نمود.

جمع‌بندی

آهن ربا، جسمی است که از طریق مغناطیس و ایجاد میدان مغناطیسی، فلزاتی مثل آهن، نیکل و کبالت را که خاصیت مغناطیسی دارند، به سمت خود جذب می‌کند. آهن ربا دارای دو قطب است که قدرت جاذبه در این بخش‌ها بیشتر است. آهنربای U شکل، آهنربای میله‌ای، استوانه‌ای، کروی، دیسکی و حلقوی شکل‌های مختلف آهنربا هستند. علاوه بر این، با توجه به عناصر و آلیاژهای به کار رفته در آهنربا، انواع آهنربای سرامیکی، آلنیکو، نئودیمیم، کبالت ساماریوم هم موجود است که هر کدام قدرت جاذبه و استحکام متفاوتی دارند. از کاربردهای آهنربا می‌توان به ساخت انواع اسباب بازی، برخی لوازم خانگی، برداشتن و جداسازی مواد مغناطیسی و ساخت قطب نما اشاره کرد.

منابع

https://www.eia.gov/energyexplained/electricity/magnets-and-electricity.php

https://science.howstuffworks.com/electromagnet.htm

https://www.toppr.com/guides/science/fun-with-magnets/properties-and-application-of-magnet/

https://www.gme-magnet.com/info/exploring-the-fascinating-properties-of-magnet-88192097.html