آهنربا

آهنربا به زبان عربی(مغناطیس)و به زبان انگلیسی(مگنت)می گویند.
اکنون بهتر است ببینیم چرا این واژه رابرای(آهنربا)انتخاب کردند.شاید دلیلش این بوده است که می گویند درروزگارقدیم چوپانی دریونان باستان زندگی می کرده که(مگنس)نام داشته است. یک روزکه مگنس گوسفندهای خودرابه کوه(ایدا)می بردتادرآنجابه چرامشغول شوند،
ناگهان متوجه شد که عصای آهنین ومیخ های کفشش به سنگ بزرگی وسیاهی چسبیده است.
بدین ترتیب کسف سنگهایی که آهن رابه خود جذب می کردند یرآغازی برای کشف (آهنربا)
یا(مغناطیس)گردید.
این قبیل سنگهای اسرارآمیز درنزدیکی منطقه ای که(مگنزیا)نام داشت ودرآسیای صغیر
(ترکیه امروزی)قرارگرفته بود،نیزپیدامی شدند.به هرحال،شاید به همین دلیل بوده است که نام
آهنربا رامگنت یامغناطیس گذاشتند.
همچنانکه زمان به پیش می رفت،بشرچیزهای بیشتری درباره آهنربا کشف کرد.
به عنوان مثال،انسان متوجه شدکه اگرقطعه آهنی رابه(سنگهای آهنربایی)مالش دهد،آن قطعه آهنی نیزخاصیت آهنربایی پیدا می کند.
علاوه براین موضوع،بشرهزارسال قبل متوجه شدکه آهنربای آویزان ومعلق درهوا،خودبه
خود روبه سمت شمال می ایستد.درنتیجه کشف این نکته بودکه دستگاهی که امروزه ماآن را(قطب نما)اسم گذلری کرده ایم،به وجودآمد.
آنگاه سنگهای آهنربایی را به نام(سنگ راهنما)نام گذاری کردند.زیرا افرادی که درهنگام مسافرت راه خودراگم می کردند،به کمک این قبیل سنگها مسیر درست سفرخویش را می یافتند.
درزمان ملکه الیزابت(پادشاه انگلستان)دانشمندان به نکته دیگری پی بردند ومتوجه شدند که آهنربا دارای دوقطب است:
1-    قطب شمال-N
2-    قطب جنوب-S
هنگامی که سردوآهنربا رادرنزدیکی همدیگر قراردهیم به طوری که هردو قطب شمال یا هردوقطب جنوب باشند،آهنرباها همدیگر رادفع می کنند.لیکن درصورتی که یکی ازسرها قطب شمال ودیگری قطب جنوب باشد،آنهرباها همدیگررا جذب می کنند.
بنابراین،دانشمندان ازاین آزمایش نتیجه گرفتند که:
1-(قطب های همنام)یکدیگررادفع می کنند.
2-(قطب های غیرهم نام)یکدیگرراجذب می کنند.
ازآن به بعد،مطالعاتی که برروی آهنربا وخاصیت آهنربایی انجام می شد،دیگرپیشرفت چندانی نکرد.
اوضاع به همین منوال بودتااینکه دراوایل قرن نوزدهم میلادی یه دانشمند دانمارکی به نام
(اورستد)درسال ۱۸۲۰میلادی کشف تازه ای کرد.اورستد کشف خویش رابه این صورت عرضه نمود:
_سیمی که درآن جریان برق وجود داشته باشد،موجب می شود که یک میدان مغناطیسی
به وجود بیاید.به عبارت ساده تر،کشف اورستد رامی توان به این شکل هم بیان کرد:
_اگردرسیمی جریان برق ایجاد کنیم،دراطراف آن سیم یک میدان مغناطیسی ایجاد خواهد شد.
نتیجه کشف اورستد دانمارکی آن بودکه دانشمندان متوجه شدند که اگربه دوریک میله آهنی مقداری سیم بپیچیم ودوسرآن سیم ها رانیزبه یک باتری وصل کنیم،آن میله آهنی خاصیت مغناطیسی پیدا می کند.به این ترتیب بودکه علمی تازه به نام الکترومغناطیس پابه عرصه وجودگذاشت که آنرا درزبان انگلیسی (الکترومگنتیسم)ودرزبان فرانسوی(الکترومانیه تیسم) می نامند.
این پدیده جدید وسیله ای بنام(آهنربای برقی) راباخودبه ارمغان آورد ولازم به تذکر است که آهنربای برقی ازهرنوع آهنربای دیگری که تاآن زمان بشرشناخته بود،نیرومندتر و قوی تربود.درپرتو کشف پدیده(الکترومگنتیسم)است که بسیاری ازدستگاه های مهم و سودمندی که اکنون دراختیارماست،به وجود آمدند.آهنربای برقی نه تنها باعث می شودکه بتوانیم بارهای سنگین وزنی را به آسانی ازروی زمین بلندکنیم،بلکه درهردستگاهی که دارای یک مداربرقی است(مانند زنگ اخبار،دینامو،موتور و..)نقش مهمی به عهده دارد.
درزمان های قدیم که آهنربا وخاصیت آهنربایی هنوز به طور کتمل شناخته نشده بود،مردم می گفتند:_نیروی یک آهنربا فقط تا مسافت مشخصی موثر است.
ولی این مایکل فاراده(دانشمند انگلیسی)بودکه برای نخستین بار(میدان های نیرو)و(خطوط نیرو) رادرآهنرباها تشریح کرد.بعدازشرح وتوصیفاتی که مایکل فاراده ارائه داد،چندان طولی نکشید که دستگاه های بسیار ضروری مانند تلفن،رادیو،و..اختراع شدند.

بعد از پیدایش آهنربا ، دانشمندان به این فکر افتادند که آیا آهنربا غیر از آهن ، اجسام دیگری را نیز می تواند جذب کند. پس از بررسیها و مطالعات مختلف ، سرانجام مشخص شد که آهنربا در عنصر دیگر به نامهای نیکل و کبالت را نیز می تواند جذب کند. بر این اساس به سه عنصر آهن ، کبالت ، نیکل و آلیاژهای آنها که توسط آهنربا جذب می گردد، مواد مغناطیسی می گویند. بدیهی است که سایر مواد را که فاقد این خاصیت است، مواد غیر مغناطیسی می گویند.

نربای آلنیکو 
آلنیکو از ابتدای نام سه عنصر آلومینیوم ، نیکل و کبالت گرفته شده است. این آلیاژ که عمدتا از فلزات آهن و آلومینیوم و نیکل و کبالت ساخته می‌شود، قابلیت پذیرش نیروی مغناطیسی بالایی و به منظور ساختن آهنربای دائم بلندگوها و لامپهایی با حوزه مغناطیسی و در سروموتورهای DC2 پیشرفته استفاده می‌شود.

معمولا در آخر اسم “آلنیکو” حرفی اضافه می‌گردد که مشخص کننده قدرت آهنربا است. فرضا “آلنیکوv” قویترین آهنربای دائم نسبت به “آلنیکوها” است و معمولا آهنربای “آلنیکو” را به صورت طولی مغناطیس می‌کنند و سپس مورد استفاده قرار می‌دهند. منظور از مغناطیس کردن طولی این است که دو قطب S و N در طول جسم قرار می‌گیرند. 
آهنربای فریت 
این آهنربا را آهنربای سرامیک نیز می‌نامند. این آهنربای دائم از ترکیب مواد ذوب شده نوعی چینی و پودر ماده مغناطیسی ساخته می‌شود. این آهنربا چون پودر پس ماند مغناطیسی و نیروی خنثی کننده زیادی دارد، آن را به صورت عرضی مغناطیسی می‌کنند. منظور از مغناطیس کردن عرضی ، قرار گرفتن دو قطب S و N در عرض جسم است و چون چگالی شار (B) این آهنربای دائم کم است برای جبران چگالی شار زیاد، آن را دراز می سازند.
چون هزینه ساخت این آهنربا کم بوده و مواد اولیه آن به ارزانی قابل تهیه است، بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. نامگذاری آهنربای فریت با توجه به نوع عنصری که در ساخت آهنربا از آن استفاده شده است صورت می‌گیرد. مثل فریت استرونیتام و یا فریت باریم. 

آهنربای سارماریوم – کبالت 
عنصر اصلی این آهنربای دائم عنصر ساماریوم با علامت اختصاری Sm و عدد اتمی 62 است. چون این آهنربای کمیاب (به دلیل عنصر تشکیل دهنده کمیاب ساماریوم) دارای پس ماند مغناطیسی و خنثی کننده خیلی زیادی است، به همین دلیل می‌تواند شدتی به مراتب بزرگتر از آهنربای دائم معمولی داشته باشد. به عنوان مثال در یک طول و مساحت برابر ، چگالی شار (B) این آهنربا دو برابر آهنربای سرامیک است.
هزینه تولید این آهنربا قابل ملاحظه است و به همین دلیل آن را کم قطر می‌سازند. چون شدت مغناطیسی این آهنربا بالا است، لذا از چنین آهنربایی که در ابعاد کوچک و وزن کمتر شدت مغناطیسی خوبی دارد در ساعتهای الکترونیکی و لامپهای ماگنترون و تجهیزات نظامی و سروموتورها هواپیما استفاده می‌کنند. به این ترتیب روز به روز دامنه کاربرد این آهنربا رو به افزایش است.

خاصیت پارامغناطیس یا پارامغناطیسم (به انگلیسی: Paramagnetism) خاصیتی است که در آن، ماده پذیرفتاری مغناطیسی مثبت (اما کوچک) دارد، و در نتیجهٔ الکترونهای جفت نشده (همانند کیلاتهای گادولینیوم) باعث تشدید میدان مغناطیسی در محیط دور و اطراف می‌گردند.
در شکل‌های زیر، ذرات پارامغناطیس تحت تأثیر یک میدان خارجی، در یک راستای تقریبی قرار می‌گیرند.

 
پارامغناطیس شکلی از خاصیت مغناطیسی مواد است که به واسطه آن برخی از مواد به وسیله ی میدان خارجی اعمال شده جذب می شوند. مواد پارامغناطیس شامل بیشتر عناصر شیمیایی و برخی از ترکیبات می شوند. آنها تراوایی مغناطیسی نسبی ای بزرگتر یا مساوی با یک دارند و از همین رو توسط میدان مغناطیسی جذب می شوند. این مواد که به مقدار اندکی توسط یک میدان مغناطیسی جذب می شوند پس از قطع میدان حالت مغناطیسی خود را حفظ نمی کنند زیرا با قطع میدان حرکت گرمایی موجب جهت گیری تصادفی اسپین ها می شود. منشا پارامغناطیس: ویژگی های پارامغناطیس بدلیل وجود برخی از الکترون های جفت نشده و آرایش جدید مسیرهای الکترونی است که به دلیل میدان مغناطیسی خارجی بوجود می آیند. برخی مواد پارامغناطیسی قابل توجه عبارتند از: منیزیم، مولیبدن، لیتیم و تانتال.

دایل مغناطیسی شدن
یکی از ویژگی های اساسی یک الکترون (بر اساس این که حامل بار است) این است که می تواند یک گشتاور دوقطبی داشته باشد. (الکترون خودش همانند یک آهنربای کوچک عمل می کند.) این گشتاور دوقطبی از ویژگی های اساسی تر که اسپین مکانیک کوانتومی دارد ناشی می شود. طبیعت مکانیک کوانتومی موجب می شود اسپین ذاتی الکترون در یک میدان مغناطیسی تنها در دو حالت قرار بگیرد: به طرف بالا یا پایین. اسپین الکترون ها در اتم ها منشا اصلی خاصیت فرومغناطیسی است اگرچه در آن اندازه حرکت زاویه ای اوربیتالی الکترون نسبت به هسته نیز تاثیر گذار است. زمانی که این دوقطبی های کوچک در یک جهت به خط می شوند، میدان مغناطیسی آنها با هم جمع شده و سبب ایجاد یک میدان ماکروسکوپی قابل اندازه گیری می شود. با این حال در موادی با لایه ی الکترون پرشده، گشتاور دوقطبی کل الکترون ها صفر است چرا که اسپین جفت الکترون ها بالا و پایین است بنابراین تنها موادی با لایه الکترونی نیمه پر شده (اسپین جفت نشده) می توانند یک گشتاور مغناطیسی خالص داشته باشند و دارای خاصیت فرومغناطیسی باشند. بنابر قانون هوند، اولین الکترون ها تمایل دارند اسپین یکسانی داشته باشند بنابراین گشتاور دوقطبی کل افزایش می یابد. این دوقطبی های جفت نشده تمایل دارند به موازات یک میدان مغناطیسی خارجی به خط شوند، اثزی که پارامغناطیس نامیده می شود. این در حالی است مه فورمغناطیس یک پدیده اضافی را در بر می گیرد: دوقطبی ها تمایل دارند (حتی زمانی که هیچ میدان مغناطیسی اعمال نمی‌شود) بصورت خودبخودی بخط شوند ، که این امر آهنربایی شدن خودبخودی را افزایش می دهد.[۲]
ویکی پدیا

نتیجه:
من تمام ویژگی های شیمیایی عناصری که خواصیت مغناطیسی دارند یا با آلیاژ انها آهن ربا درست می کنند رادر آورده ام تا شاید بتوان یک قانون ساده بدست آورد.

موادی که با آن ها آلیاژ های مغناطیسی درست می کنند.
ساماریمSm،کبالتCo،نیکلNi،آهنFe،

آرایش الکترونی مواد بالا
ساماریم sm

کبالتco

نیکلNi

آهنFe

همان طور که دیدید لایه آخر تمام این عناصر که با قرمز نشان داده شده است یکسان است و جالب تر از آن ظرفیت این عناصر که با نارنجی نشان داده شده هم یک سان است.
حال ما می توانیم به یک قانون ساده پی ببریم. آن هم این که عناصری که ظرفیت 2و3 دارند ، لایی آخر آن ها است و فلز باشند خاصیت آهن ربایی دارند. و هرچه تعداد اتم های ان ها بالا می رود، این خاصیت بهتر می شود.

NdFeBr : نیودیمیوم
SmCo : ساماریم کبالت
SrFe2O3 :فریت سخت یا سرامیکی
AlNiCo : آلنیکو

حال به توضیح ۴ گروه آهنرباها به طور خلاصه میپردازیم :
فریت ها : فریت ها تحت عنوان آهنرباهای سرامیکی نیز شناخته میشوند و از سال ۱۹۵۰ تا کنون تولید میشوند .اساساً از اکسید آهن ( FeO ) و استرانسیوم ( Sr ) و باریم ( Ba )ساخته میشود .این نوع آهنرباها ، ارزان ترین و رایج ترین نوع آهنرباها میباشند . ۳ گرید اصلی برای آنها C۸ C۵ C۱  میباشد که عمدتا در موتورها و سنسورها مورد استفاده قرار میگیرد .
 
آلنیکو : جزو یکی از قدیمی ترین و آهنرباهای صنعتی میباشند و پیشرفت آنها از آهنرباهای فولادی آغاز شد .اجزای اصلی آنها آلومینیوم ( Al ) و نیکل ( Ni ) و کوبالت ( Co )میباشد . اگرچه آنها پسماند القایی بالایی دارند ولی به خاطر ضد مغناطیس شدن راحت آنها ، به همان نسبت قدرت مغناطیسی کمتری دارند. خصوصیت بارز این آهنرباها مقاومت دمایی بالای آنهاست . کارایی مشترک انها در اندازه گیری های وسایل مختلف و تحمل دماهای بالا ( مانند نگهداری قطعات در کوره ) است .
 
ساماریم کبالت : عناصر سازنده آلیاژ این آهنربا ساماریوم (  Sm) و کبالت ( Co ) میباشد که ترکیب این عناصر آهنربایی با خصوصیات مغناطیسی قابل قبولی را ارایه کرده است . نسبت به سایر آهنرباها گران تر میباشند . معمولاً دو آلیاژ پر مصرف آنها SmCo۵و Sm۲Co۱۷ میباشد . بیشترین کاربرد صنعتی آنها در سفینه های فضایی ، ارتش و صنعت دندانپزشکی است .
 
نیودیمیوم : که نیو هم نامیده میشود قوی ترین و پر طرفدارترین نوع آهنرباست . به خاطر داشتن عناصری همچون نیودیمیوم ( Nd) و … به عنوان آهنرباهای معدنی شناخنه میشود . نیو با داشتن خصوصیات مغناطیسی بسیار برتر نسیبت به سایر موارد ذکر شده و قیمت معقول تر ، بسیار مورد استقبال قرار گرفته است .

allinfodir.com
magnetga.ir
Mohammad.ir
ویکی پدیا

پژوهشگر: سید اسماعیل فضل جو