آهن مغناطیسی است

بله آهن مغناطیسی است. از آنجایی که آهن یک ماده فرومغناطیسی است، ممکن است به خودی خود مغناطیسی شود و جذب آهنربا شود.

آهن در حالت معمولی خود دارای میدان مغناطیسی بسیار کم تا بدون خالص است زیرا از حوزه های مغناطیسی به طور تصادفی تراز شده تشکیل شده است.

از سوی دیگر، حوزه‌های مغناطیسی آهن زمانی که در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند، تمایل به همسو شدن دارند و یک اثر مغناطیسی کلی ایجاد می‌کنند.

با توجه به این ویژگی، آهن و آلیاژهای حاوی آهن در مجموعه ای از مصارف سودمند هستند، مانند ساخت آهنرباها و میدان هایی که بر ویژگی های مغناطیسی مانند موتورها و ترانسفورماتورهای الکتریکی متکی هستند.

پرکننده های مغناطیسی آهن
پرکننده های مغناطیسی آهن

چه چیزی آهن را مغناطیسی می کند؟

واکنش الکترون‌ها و اتم‌های آهن در یک میدان مغناطیسی، ویژگی‌های مغناطیسی آن را توسعه می‌دهد. بالاترین لایه الکترونی آهن شامل الکترون های جفت نشده در مرحله اتمی است.

هم ترازی این الکترون ها نقش اساسی در ایجاد ویژگی های مغناطیسی ماده ایفا می کند.

هنگامی که یک قطعه آهن در شرایط غیر مغناطیسی قرار دارد، گشتاورهای مغناطیسی هر اتم به طور تصادفی مرتب می شوند و به طور کامل تأثیرات مغناطیسی آنها را خنثی می کنند.

با این وجود، این گشتاورهای مغناطیسی توانایی همسو شدن در جهت میدان مغناطیسی بیرونی را دارند که آهن در معرض آن قرار می گیرد.

به دلیل استثنایی بودنش نفوذپذیری مغناطیسی و همچنین توانایی آن برای حفظ مغناطیس خود. متوجه خواهید شد که بدون توجه به عدم وجود میدان مغناطیسی خارجی، آهن به عنوان یک ماده فرومغناطیسی در نظر گرفته می شود.

علاوه بر این، حوزه‌های مغناطیسی یا مناطقی که گشتاورهای مغناطیسی اتم‌ها در آن‌ها در یک راستا قرار دارند، توسط هم‌ترازی گشتاورهای مغناطیسی در آهن ایجاد می‌شوند.

این حوزه ها در یک جهت مشابه در یک قطعه آهن مغناطیسی قرار گرفته اند و کل اثر مغناطیسی را تقویت می کنند.

ممکن است این کار برای یک نفر انجام شود که با گرم کردن آهن فراتر از دمای کوری یا اضافه کردن فشار مکانیکی، دامنه های مغناطیسی را به سرعت سازماندهی یا تخریب کند.

هم ترازی گشتاورهای مغناطیسی و ایجاد حوزه های مغناطیسی فرآیندهایی هستند که ممکن است معکوس شوند.

از آنجایی که آهن می تواند حالت های مغناطیسی و دیامغناطیس خود را تغییر دهد، ممکن است آهن برای طیف وسیعی از مصارف، مانند ساخت مواد مغناطیسی و آهنرباها به کار رود.

خواص مغناطیسی آهن

· فرومغناطیس

با توجه به نفوذپذیری عالی آن در برابر آهن ربا و سهولت مغناطیس شدن، آهن به عنوان یک ماده فرومغناطیسی طبقه بندی می شود. می تواند به مغناطیس دائمی دست یابد.

· نگهداری

آهن قابلیت نگهداری بالایی دارد که به آن اجازه می‌دهد با وجود عدم وجود میدان مغناطیسی از بیرون، بخش وسیعی از مغناطش خود را حفظ کند.

· مغناطیس سازی

این نشان می دهد که در حضور میدان مغناطیسی، آهن ممکن است به آهنربا تبدیل شود.

· ویژگی های مغناطیسی نرم

با توجه به سهولت مغناطیس زدایی و مغناطیس شدن، آهن به عنوان یک ماده مغناطیسی نرم توصیف می شود.

· دامنه های مغناطیسی شده

آهن از نواحی بسیار کوچکی تشکیل شده است که به آنها گفته می شود حوزه های مغناطیسی در شرایط ذاتی آن گشتاورهای مغناطیسی هر اتم در هر حوزه منفرد تراز می شوند.

با این وجود، متوجه خواهید شد که این نواحی به طور دلخواه در غیاب میدان مغناطیسی از بیرون مرتب شده‌اند و حداقل تأثیر مغناطیسی خالص ایجاد می‌کنند یا هیچ تأثیری ندارند.

خواص ساختاری و مغناطیسی برای آهن
خواص ساختاری و مغناطیسی برای آهن

اشکال مختلف آهن و خواص مغناطیسی آنها

مغناطیس در چدن:

  • چدن آلیاژی از آهن و کربن است که معمولاً بیش از ۲ درصد کربن دارد.
  • ویژگی های مغناطیسی چدن می تواند بر اساس نوع منحصر به فرد آن متفاوت باشد. به عنوان مثال، چدن خاکستری در مقایسه با چدن سفید که معمولاً مغناطیسی و شکننده است، مغناطیسی کمتری دارد.

مغناطیس در آهن فرفورژه:

  • یک آلیاژ آهن با کربن بسیار کم که شامل اجزاء سرباره فیبری است به عنوان آهن فرفورژه شناخته می شود.
  • به طور کلی، ویژگی های مغناطیسی آهن فرفورژه تا حدودی با ویژگی های آهن خالص قابل مقایسه است و آیا بسیار مغناطیسی نیست.

مغناطیس در آهن خالص یا آهن آلفا:

  • در دمای محیط، فاز آلفای آهن خالص به طور قابل توجهی مغناطیسی نیست. ساختار کریستالی آن مکعبی در مرکز بدن یا BCC است.
  • آهن خالص می تواند فرومغناطیسی شود و در دماهایی که کمتر از دمای کوری آن است، یعنی تقریباً 770 درجه سانتی گراد یا 1,418 درجه فارنهایت، ویژگی های مغناطیسی نشان دهد.

خواص مغناطیسی چدن داکتیل:

  • آهن گره‌دار یا چدن شکل‌پذیر، شکلی از آهن است که حاوی مقادیر کمی کربن و سایر عوامل آلیاژی است.
  • دارای ویژگی های مغناطیسی است که با آهن فرفورژه قابل مقایسه است.

خواص مغناطیسی آهن باتلاق

  • آهن باتلاقی تمایل به غیر مغناطیسی دارد زیرا زمانی که آهن از آب های زیرزمینی در باتلاق ها رسوب می کند تولید می شود.
  • از سوی دیگر، ممکن است مقادیر کمی مگنتیت یا سایر مواد معدنی مغناطیسی داشته باشد که می تواند ویژگی های مغناطیسی ضعیفی را به آن بدهد.

مغناطیس در اکسیدهای آهن (هماتیت):

  • اکسیدهای آهن از جمله هماتیت (Fe2O3) به جای اینکه آهن عنصری خالص باشند، ترکیباتی هستند.
  • هماتیت یا غیر مغناطیسی است یا فقط کمی مغناطیسی است.

چگونه آهن را به طور دائم مغناطیسی کنیم؟

آهن با نوازش آن در طول یک آهنربای دائمی بالا یا با استفاده از یک سیم پیچ الکترومغناطیسی که توسط جریان مستقیم انرژی می گیرد، به طور دائم مغناطیسی می شود. برای تراز بهینه، مرحله را تکرار کنید و در صورت تمایل نزدیک به نقطه کوری گرم کنید.

شما باید اقدامات احتیاطی را انجام دهید و مطمئن باشید که تمام اقدامات ایمنی در حالی که فرآیند مغناطیسی در حال انجام است رعایت می شود.

عوامل موثر بر رفتار مغناطیسی آهن

هنگام بررسی خواص مغناطیسی آهن، عوامل مختلفی وجود دارد که باید آنها را ارزیابی کنید، مانند:

· میدان های مغناطیسی خارجی

آهن ممکن است با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی شود. گشتاورهای مغناطیسی اتم‌های آهن هر زمان که در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند، همسو می‌شوند و یک گشتاور مغناطیسی خالص برای ماده به‌عنوان یک کل تولید می‌کنند.

· اندازه دانه

کیفیت مغناطیسی یک ماده نیز می تواند تحت تأثیر اندازه دانه آن باشد. به دلیل تفاوت در تنظیم حوزه های مغناطیسی، مواد با دانه های ریزتر ممکن است واکنش مغناطیسی مشخصی نسبت به مواد با دانه های درشت تر نشان دهند.

· استرس مکانیکی

ویژگی های مغناطیسی آهن را می توان تحت تأثیر تنش مکانیکی قرار داد. رفتار مغناطیسی کل یک ماده فرومغناطیسی ممکن است با اعمال تنش تحت تأثیر قرار گیرد زیرا ممکن است تراز حوزه های مغناطیسی آن را تغییر دهد.

· عناصر آلیاژی

آهن ممکن است با اجزای دیگر آلیاژ شود تا ویژگی های مغناطیسی آن را تغییر دهد. به عنوان مثال، رفتار مغناطیسی آهن ممکن است با ترکیب فلزات خاصی مانند کبالت، نیکل یا آلومینیوم تغییر کند.

آهن کبالت (آلنیکو) و آلیاژهای آهن نیکل (Invar) برای ایجاد آهنرباهای دائمی که ویژگی های مغناطیسی خاصی را نشان می دهند استفاده می شود.

· ریزساختار

رفتار مغناطیسی آهن ممکن است تحت تأثیر نحوه چیدمان اتم های آن قرار گیرد. کل قدرت آهنرباها ممکن است تحت تأثیر ناخالصی ها، نقص ها یا نابجایی در شبکه کریستالی قرار گیرد.

· درجه حرارت

اگرچه آهن در دماهای معمولی فرومغناطیسی است، ویژگی های مغناطیسی آن تا حد زیادی به دما وابسته است.

انرژی حرارتی باعث می شود که هم ترازی گشتاورهای مغناطیسی در دمای مشخص شده به عنوان دمای کوری تغییر کند که تقریباً 770 درجه سانتی گراد یا 1,418 درجه فارنهایت برای آهن است.

فراتر از این دما، ماده ویژگی های مغناطیسی خود را از دست می دهد. آهن در دمای زیر نقطه کوری به فرومغناطیسی تبدیل می شود.

عناصر آهنی
عناصر آهنی

کاربردهای رایج آهن مغناطیسی

راه های زیادی برای استفاده از آهن به عنوان آهنربا وجود دارد. برخی از رایج ترین گزینه هایی که می توانید در نظر بگیرید عبارتند از:

· آهنربا

عنصر کلیدی در ساخت آهنربا آهن است. آهن یا آلیاژهای آهن معمولاً در آهنرباهای دائمی یافت می شوند که در ژنراتورها، قفل های مغناطیسی، موتورهای الکتریکی و بلندگوها و سایر وسایل مورد استفاده قرار می گیرند.

آهنرباهای آلنیکو، فریت و خاکهای کمیاب مانند آهنرباهای نئودیمیوم نمونه هایی از اشکال آهنربایی محبوب هستند.

· سلف ها و ترانسفورماتورها

برای هسته های سلف و ترانسفورماتور، از مواد مغناطیسی نرم مانند آهن و آلیاژهای آهن-سیلیکون (فولاد سیلیکون) استفاده می شود.

این مواد مسیری با مقاومت کم به شار مغناطیسی ارائه می‌کنند و در نتیجه کارایی انتقال انرژی را بهبود می‌بخشند.

· سیستم های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI)

آهنرباهای ابررسانا، که معمولاً از آهن تشکیل شده‌اند، منبع میدان‌های مغناطیسی شدید مورد استفاده در دستگاه‌های MRI هستند.

برای دستیابی به قدرت مغناطیسی و قوام مورد نیاز برای تصویربرداری پزشکی با کیفیت بالا، آهن بسیار مهم است.

· جداسازی مغناطیسی

در عملیات جداسازی مغناطیسی، از مواد مبتنی بر آهن برای حذف یا تمایز ذرات مغناطیسی از اجزای غیر مغناطیسی استفاده می شود. این اغلب در زمینه های فرآوری مواد غذایی، بازیافت و معدن استفاده می شود.

· ژنراتورها و موتورهای الکتریکی

مهمترین بخش تولید ژنراتور و موتور الکتریکی آهن است. هسته های استاتور و روتور این ماشین ها معمولاً از آهن یا آلیاژهای آهن تشکیل شده اند.

در موتورها، خواص مغناطیسی آهن به تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی کمک می کند و در ژنراتورها، برعکس این امر قابل اعمال است.

· رسانه با ذخیره سازی مغناطیسی

رسانه های ذخیره سازی مغناطیسی، مانند هارد دیسک و کاست های مغناطیسی، با استفاده از اکسید آهن (Fe2O3) تولید می شوند.

اکسید آهن یک گزینه عالی برای اهداف ذخیره سازی داده است زیرا ظرفیت ذخیره داده های مغناطیسی را دارد.

در نتیجه ویژگی های فرومغناطیسی آهن، آهن مغناطیسی است. آهن به طور تصادفی دامنه های مغناطیسی را در شرایط ذاتی خود تراز کرده است. با این حال، هنگامی که آهن در معرض یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، این حوزه ها در یک راستا قرار می گیرند و آهن مغناطیسی می شود.

منابع بیشتر:

تمام آهن ها مغناطیسی نیستند – منبع: ThoughtCo

فولاد مغناطیسی است – منبع: HM

فلزات و مغناطیس – منبع: ACS

نیکل مغناطیسی است – منبع: HM

تنظیمات برگزیده کوکی ها را به روز کنید
رفته به بالا