آهن ربا اجسامی هستند که دارای میدان مغناطیسی هستند که فلزات خاص و سایر آهنرباها را جذب می کنند. چهار نوع اصلی آهنربا وجود دارد: آهنرباهای دائمی، موقت، آهنرباهای الکتریکی و آهنرباهای طبیعی.
آهنرباهای دائمی
آهنرباهای دائمی رایج ترین نوع آهنربا هستند. آنها می توانند خواص مغناطیسی خود را به طور نامحدود بدون هیچ منبع خارجی انرژی حفظ کنند. به عنوان مثال می توان به آهنرباهای یخچال و آهنرباهای سرامیکی اشاره کرد.
آهنرباهای دائمی، که می توانند محصولات طبیعی باشند، همچنین به عنوان سنگ های طبیعی طبیعی شناخته می شوند، یا به طور مصنوعی ساخته شده اند (قوی ترین آهنرباها عبارتند ازآهنرباهای نئودیمیومدارای حلقه‌های پسماند گسترده، اجباری بالا، ماندگاری بالا، و موادی هستند که می‌توانند پس از مغناطیسی، مغناطیس ثابتی را حفظ کنند. در کاربردها، آهنرباهای دائمی در اشباع مغناطیسی عمیق و بخش مغناطیسی ربع دوم حلقه مگنتوسفر پس از مغناطیس کار می کنند. آهنرباهای دائمی باید تا حد امکان دارای اجبار Hc، Br ماندگاری و حداکثر محصول انرژی مغناطیسی (BH) m باشند تا حداکثر ذخیره انرژی مغناطیسی و مغناطیس پایدار را تضمین کنند.
انواع مختلفی از آهنرباهای دائمی وجود دارد
1. آهنرباهای نئودیمیم
آهنرباهای نئودیمیمآهنرباهای دائمی نئودیمیم، آهن، بور و عناصر دیگر هستند. آنها محصولات انرژی مغناطیسی و نیروی اجباری بسیار بالایی دارند و یکی از قوی ترین مواد آهنربای دائمی در جهان هستند.
2. آهنرباهای SmCo
آهنربای SmCoنوعی ماده آهنربای دائم خاکی کمیاب است که از ساماریوم (Sm) و کبالت (Co) به عنوان اجزای اصلی، از طریق فرآیند متالورژی پودر ساخته شده است. این محصول دارای انرژی مغناطیسی بالا، نیروی اجباری بالا و پایداری دمایی خوب است که به آن اجازه می دهد خواص مغناطیسی خوبی را در محیط های با دمای بالا حفظ کند.
3. آهنرباهای AlNiCo
آهنرباهای AlNiCoاز عناصر کروی تشکیل شده اند. این ماده به دلیل نیروی اجباری بالا و خواص مغناطیسی خوب به عنوان آهنربای دائمی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. یک آلیاژ آهن که عمدتاً از آلومینیوم (Al)، نیکل (Ni)، آهن کبالت (Co) و سایر طلاهای کمیاب تشکیل شده است.
4. فریت های متخلخل
فریت های زینتر شده نوعی ماده مغناطیسی هستند که از پخت اکسید آهن (عمدتا Fe2O3) و سایر اکسیدهای فلزی (مانند BaO، SrO و غیره) از طریق فرآیند سرامیکی ساخته می شوند. متعلق به مواد مغناطیسی سخت است، محصول انرژی مغناطیسی و نیروی اجباری بالایی دارد و می تواند مغناطیس را پس از قطع برق حفظ کند.
5. آهنربای لاستیکی
A آهنربای لاستیکییک آهنربای نرم، الاستیک و قابل چرخش است که با مخلوط کردن پودر مواد مغناطیسی (مانند فریت یا NdFeB) با مواد انعطاف‌پذیر مانند لاستیک یا پلاستیک و سپس اکسترود کردن، کلندرینگ، قالب‌گیری تزریقی و سایر فرآیندها ساخته می‌شود. این اجازه می دهد تا به شکل ها و اندازه های مختلف پردازش شود و خاصیت ارتجاعی و نرمی خاصی دارد.
طبقه بندی فرآیند آهنربای دائمی
1. باند NdFeB
Bonded NdFeB آهنربایی است که از مخلوط کردن پودر مغناطیسی NdFeB و یک اتصال دهنده از طریق قالب گیری فشرده یا قالب گیری تزریقی ساخته می شود. آهنرباهای پیوندی دقت ابعادی بالایی دارند و می توان آنها را به اجزای مغناطیسی با اشکال نسبتاً پیچیده تبدیل کرد. آنها همچنین دارای ویژگی های قالب گیری یک بار و جهت گیری چند قطبی هستند.
2. NdFeB متخلخل
Sintered NdFeB یک ماده آهنربای دائمی با کارایی بالا است که عمدتاً از عنصر خاکی کمیاب Nd، آهن فلزی واسطه و عنصر غیرفلزی بور تشکیل شده است. این ماده با فرآیند متالورژی پودر شامل مراحل اختلاط، ذوب، خرد کردن، پرس، تف جوشی و عملیات حرارتی این عناصر به نسبت مشخص تولید می شود. Sintered NdFeB دارای محصولات انرژی مغناطیسی بسیار بالا، ماندگاری بالا و اجبار بالا است و یکی از قوی ترین مواد آهنربای دائم موجود در حال حاضر است.
3. NdFeB قالب گیری تزریقی
NdFeB قالب‌گیری تزریقی یک ماده آهنربای دائم NdFeB است که مزایای فناوری قالب‌گیری تزریقی و مواد مغناطیسی NdFeB را ترکیب می‌کند. این ماده با مخلوط کردن پودر مغناطیسی NdFeB با پلیمر مولکولی بالا و سپس ساخت قطعات مغناطیسی پیچیده شکل از طریق فرآیند قالب گیری تزریقی ساخته می شود. NdFeB قالب گیری تزریقی نه تنها خواص مغناطیسی بالای NdFeB را حفظ می کند، بلکه عملکرد ماشینکاری و مقاومت در برابر خوردگی خوبی نیز دارد.
فیلد کاربردی مغناطیس دائمی
آهنرباهای دائمی کاربردهای گسترده ای دارند و ویژگی های حفظ مغناطیس را دارند، بنابراین در بسیاری از زمینه ها به طور گسترده ای استفاده می شوند و صنایع و زمینه های متعددی را پوشش می دهند.
به طور گسترده ای در زمینه های مختلف مانند الکترونیک، برق، ماشین آلات، حمل و نقل، پزشکی و نیازهای روزمره استفاده می شود. مانند آهنرباهای دائمی بلندگوها و گیرنده های تلفن؛ سیستم مغناطیسی مترهای مغناطیسی؛ قطب های مغناطیسی در ژنراتورها و موتورهای آهنربای دائمی؛ دستگاه های مغناطیسی دائمی مورد استفاده در صنعت ماشین آلات (مانند چاک های مغناطیسی دائمی برای آسیاب های سطحی و غیره) و سیستم های تعلیق مغناطیسی، یاتاقان های مغناطیسی. سیستم های جداسازی مغناطیسی، جداسازی سنگ معدن مغناطیسی، سیستم های مغناطیسی تصفیه آب، مگنترون ها، سیستم های مغناطیسی شتاب دهنده های پروتون و غیره.
آهنرباهای موقت
آهنرباهای موقت که به عنوان مواد مغناطیسی نرم یا آهنرباهای موقت نیز شناخته می شوند، آهنرباهای موقت از یک ماده فرومغناطیسی ساخته شده اند که می تواند برای مدت کوتاهی با یک میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی شود، اما با حذف میدان خارجی، خواص مغناطیسی خود را از دست می دهد. چنین موادی با اجبار کم (یعنی توانایی ضعیف در مقاومت در برابر مغناطیس زدایی) مشخص می شوند، بنابراین حالت مغناطیسی آنها می تواند به راحتی با تغییر شرایط خارجی تغییر کند. آهنرباهای موقت معمولی شامل میخ ها و گیره های کاغذی هستند که می توانند با آهنرباهای قوی بلند شوند یا جابجا شوند.
عملکرد آهنرباهای موقت
1. اجبار کم: به راحتی مغناطیسی می شود و به راحتی مغناطیسی می شود.
2. نفوذپذیری مغناطیسی بالا: می تواند به طور موثر میدان مغناطیسی را هدایت و متمرکز کند.
3. پسماند کم: وقتی میدان مغناطیسی خارجی حذف شود، پسماند (مغناطیس باقیمانده) بسیار کم است.
4. رسانایی خوب: برخی از مواد آهنربای موقت نیز رسانایی خوبی دارند.
در چه زمینه هایی می توان از آهنرباهای موقت استفاده کرد
آهنرباهای موقت کاربردهای گسترده ای در صنعت، تجهیزات فنی و زندگی روزمره دارند که عمدتاً برای ساخت آهنرباهای الکتریکی، ترانسفورماتورها و سلف ها، سنسورها و تجهیزات اندازه گیری، خودروها و هوافضا، تجهیزات پزشکی و غیره استفاده می شود.
الکترومغناطیس
الکترومغناطیس ها آهنرباهای موقتی هستند که با عبور الکتریسیته از سیم پیچی برای ایجاد میدان مغناطیسی قوی ایجاد می شوند. این نوع آهنربا در بسیاری از لوازم الکترونیکی مصرفی مانند موتورهای الکتریکی و بلندگوها استفاده می شود. از یک سیم پیچ و یک هسته آهنی تشکیل شده است. یک سیم پیچ رسانا که با قدرت آن مطابقت دارد در اطراف بیرونی هسته آهنی پیچیده می شود. این سیم پیچ با جریانی که از آن عبور می کند مانند آهنربا مغناطیسی است. به آن آهنربای الکتریکی نیز می گویند. هنگامی که جریان از سیم پیچ عبور می کند، یک میدان مغناطیسی در اطراف هسته آهنی ایجاد می شود و آهنربای الکتریکی را مغناطیسی می کند. ما معمولا آن را به شکل میله یا سم در می آوریم تا هسته آهنی راحت تر مغناطیسی شود. علاوه بر این، برای اینکه آهنربای الکتریکی بلافاصله پس از قطع برق، مغناطیسی زدایی شود، اغلب از مواد آهن نرم یا فولاد سیلیکونی با خاصیت مغناطیسی زدایی سریعتر برای ساخت آن استفاده می کنیم. چنین آهنربایی الکتریکی هنگام روشن شدن برق مغناطیسی است و پس از قطع برق، مغناطیس از بین می رود.
اصل کار الکترومغناطیس
قانون القای الکترومغناطیسی فارادی بیان می کند که وقتی یک شار مغناطیسی از یک حلقه رسانا عبور می کند، نیروی الکتروموتور القایی در حلقه ایجاد می شود. در آهنربای الکتریکی، وقتی جریان از سیم پیچ عبور می کند، میدان مغناطیسی ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی با هسته آهنی تعامل دارد و باعث مغناطیسی شدن هسته آهنی می شود.
پس از اینکه هسته آهنی مغناطیسی شد، به یک آهنربای موقت با یک قطب شمال و یک قطب جنوب تبدیل می شود. قدرت میدان مغناطیسی به بزرگی جریان، تعداد دور سیم پیچ و مواد و شکل هسته بستگی دارد.
هنگامی که هسته آهنربای الکتریکی مغناطیسی می شود، سایر اجسام مغناطیسی را جذب یا دفع می کند. مغناطیس آهنربای الکتریکی را می توان با کنترل روشن و خاموش شدن جریان کنترل کرد. هنگامی که جریان متوقف می شود، میدان مغناطیسی ناپدید می شود و هسته مغناطیس خود را از دست می دهد.
اصل کار آهنربای الکتریکی بر اساس برهمکنش بین جریان و میدان مغناطیسی است. این تعامل الکترومغناطیس ها را قادر می سازد تا در بسیاری از کاربردها مانند جرثقیل های الکترومغناطیسی، موتورها، رله ها، شیرهای برقی و غیره نقش مهمی ایفا کنند.
چه الکترومغناطیس هایی در زندگی وجود دارد؟
الکترومغناطیس های زیادی در زندگی ما وجود دارد که به طور گسترده در جرثقیل های الکترومغناطیسی، قفل های الکترومغناطیسی، رله های الکترومغناطیسی، دریچه های برقی، بلندگوها، اسباب بازی های الکتریکی، قطارهای مگلو، ژنراتورها، تلفن ها، تجهیزات کنترل اتوماسیون، ماشین آلات بسته بندی، تجهیزات پزشکی، ماشین آلات مواد غذایی، ماشین آلات نساجی استفاده می شود. و غیره
الکترومغناطیس‌ها با کنترل شدت جریان و میدان مغناطیسی به عملکردهای مفید مختلفی مانند جذب و دفع اجسام آهنی و تحقق حرکات مکانیکی مانند حرکت خطی، چرخش و چرخش دست می‌یابند و نقشی ضروری در صنعت و زندگی مدرن دارند.
آهنرباهای طبیعی
آهنرباهای طبیعی آنهایی هستند که به طور طبیعی در طبیعت وجود دارند و در ذخایر سنگ آهن یافت می شوند. آنها همچنین به عنوان لودستون یا مگنتیت شناخته می شوند. آنها می توانند فلزات مغناطیسی مانند آهن، نیکل و کبالت را جذب کنند. آنها در طبیعت زمین یافت می شوند و معمولا مغناطیس قوی دارند. آهنرباهای طبیعی یکی از اولین مواد مغناطیسی هستند که توسط انسان کشف و استفاده شده است.
آهنرباهای طبیعی در زمان های قدیم توسط مردم کشف و مورد استفاده قرار گرفتند و کاربردهای مهمی در تاریخ به ویژه در زمینه دریانوردی دارند. به عنوان مثال، قطب نمای چینی باستان از مغناطیس آهنرباهای طبیعی برای نشان دادن جهت استفاده می کرد.
برخلاف آهنرباهای الکتریکی مصنوعی، مغناطیس آهنرباهای طبیعی با ساختار اتمی داخلی و آرایش الکترونیکی آنها تعیین می شود و برای حفظ مغناطیس نیازی به منبع تغذیه خارجی نیست. با این حال، مغناطیس آهنرباهای طبیعی نسبتا ضعیف است و معمولاً به اندازه آهنرباهای الکتریکی مصنوعی قوی و قابل تنظیم نیست.
اگرچه بیشتر آهنرباهای مورد استفاده در فناوری مدرن مصنوعی هستند، اما همچنان از آهنرباهای طبیعی در برخی زمینه ها مانند برخی از انواع آموزش و تحقیقات علمی، صنایع دستی و تزئینات، محصولات مغناطیسی درمانی و غیره برای نشان دادن مفهوم میدان مغناطیسی استفاده می شود.
به عنوان یک ماده مغناطیسی باستانی، آهنرباهای طبیعی نه تنها جایگاه مهمی در تاریخ دارند، بلکه همچنان در جامعه مدرن دارای ارزش کاربردی خاصی هستند. اگرچه قدرت مغناطیسی آنها به اندازه آهنرباهای دائمی مصنوعی مدرن نیست، اما زیبایی طبیعی و اهمیت تاریخی منحصر به فرد آنها جایگاهی را در آموزش، پژوهش و هنر به ارمغان آورده است.
نتیجه گیری
این چهار نوع آهنربا همگی دارای خواص و کاربردهای منحصربه‌فردی هستند که به آنها اجازه می‌دهد برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند. چه به دنبال آهنربای دائمی، آهنربای موقت، آهنربای الکتریکی یا طبیعی باشید، مطمئناً آهنربایی وجود دارد که نیازهای شما را برآورده کند!