آیا آهنرباهایی با کارایی و حجم یکسان نیروی مکش یکسانی دارند؟
آیا آهنرباهایی با کارایی و حجم یکسان نیروی مکش یکسانی دارند؟ در اینترنت گفته می شود که نیروی مکش آهنربای NdFeB 640 برابر وزن خود است. آیا این قابل اعتماد است؟
در واقع این سوال قابل واگرایی است، یعنی اینکه چه عواملی با جاذبه آهنربا مرتبط است. اول از همه، باید روشن شود که آهنرباها فقط برای مواد فرومغناطیسی نیروی جذب دارند. فقط سه نوع ماده فرومغناطیسی در دمای اتاق وجود دارد، یعنی آهن، کبالت، نیکل و آلیاژهای آنها و هیچ نیروی جذبی برای مواد غیر فرومغناطیسی ندارند.
برخی از فرمول های محاسبه مکش را می توان در اینترنت یافت:
F=k*B²*S/2
F=0.577*S*B²
آیا این فرمول ها دقیق هستند؟ پاسخ نادرست است، اما روند مشکلی ندارد. بزرگی مکش آهنربا به شدت میدان مغناطیسی و ناحیه جذب مرتبط است.هر چه قدرت میدان مغناطیسی بیشتر باشد، سطح جذب بزرگتر و مکش بیشتر است.
سپس سوال بعدی این است که آیا آهنرباهای هم حجم که صاف و استوانه ای و کشیده هستند نیروی مکش یکسانی دارند؟ اگر نه، کدامیک بیشترین مکش را دارد؟
اول از همه، مسلم است که قدرت مکش یکسان نیست. کدام نوع مکش بزرگترین است که باید به تعریف محصول حداکثر انرژی مغناطیسی مربوط شود. هنگامی که نقطه کار آهنربا نزدیک به حداکثر محصول انرژی مغناطیسی است، آهنربا حداکثر انرژی کاری را دارد. نیروی جذب آهنربا نیز مظهر کار است، بنابراین نیروی مکش مربوطه نیز بزرگترین است. در اینجا باید توجه داشت که جسم جذب شده باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا اندازه قطب مغناطیسی را کاملاً بپوشاند تا بتوان از مواد، اندازه، شکل و سایر عوامل جسم جذب شده چشم پوشی کرد.
چگونه می توان قضاوت کرد که آیا نقطه کار آهنربا در نقطه حداکثر انباشت انرژی مغناطیسی است؟ هنگامی که آهنربا در حالت جذب مستقیم با مواد جذب شده باشد، نیروی جذب آن به اندازه میدان مغناطیسی شکاف هوا و ناحیه جذب بستگی دارد. با در نظر گرفتن یک آهنربای استوانه ای به عنوان مثال، هنگامی که H/D≈0.6، مرکز آن Pc≈1، که در حداکثر محصول انرژی مغناطیسی است، حداکثر قدرت مکش نزدیک به نقطه عملیاتی است. این همچنین مطابق با این قانون است که آهنرباها معمولاً به عنوان جاذب نسبتاً مسطح طراحی می شوند. با در نظر گرفتن آهنربای N35 D10*6 به عنوان مثال، از طریق شبیه سازی FEA، می توان محاسبه کرد که نیروی مکش صفحه آهن حدود 27 نیوتن است، تقریباً به حداکثر مقدار آهنربا با همان حجم می رسد که 780 برابر مقدار خود است. وزن.
آهنربای مربعی شبیه آهنربای دایره ای است. هنگامی که مستقیماً با مواد جذب شده جذب می شود، مرکز Pc≈1، یعنی نزدیک نقطه کار محصول حداکثر انرژی مغناطیسی است و نیروی مکش به حداکثر مقدار آهنربا با همان حجم می رسد، مانند به صورت 10*10*6.5 یا 15*10*8.
البته موارد فوق فقط حالت جذب تک قطبی آهنربا است. اگر مغناطیس چند قطبی باشد، نیروی مکش کاملاً متفاوت خواهد بود.
چرا بعد از اینکه آهنربا با همان حجم به مغناطیس چند قطبی تبدیل شد، نیروی مکش اینقدر تغییر می کند؟ دلیل آن این است که ناحیه جذب S بدون تغییر باقی می ماند و مقدار چگالی شار مغناطیسی B که از جسم جذب شده عبور می کند بسیار افزایش می یابد. از نمودار خط نیروی مغناطیسی زیر قابل مشاهده است، برای آهنرباهای مغناطیسی چند قطبی، چگالی خطوط میدان مغناطیسی که از ورقه های آهنی عبور می کنند به طور قابل توجهی افزایش می یابد. همچنان آهنربای N35 D10*6 را به عنوان مثال در نظر بگیرید، این آهنربا از مغناطیس دوقطبی ساخته شده است و نیروی مکش صفحه آهن جذب شبیه سازی FEA حدود 1100 برابر وزن خود است.
پس از اینکه آهنربا به حالت مغناطیسی چند قطبی تبدیل شد، هر قطب معادل آهنربای باریک تری است و مقدار Pc آن تغییر کرده است، بنابراین دیگر نمی توان آن را با توجه به مقدار Pc اندازه کلی محاسبه کرد، بنابراین اندازه بهینه آن است. دیگر H/D≈ 0.6 نیست، بلکه یک آهنربای مسطح تر، اندازه خاص به روش مغناطیسی چند قطبی و تعداد قطب ها مربوط می شود.