فلزات مغناطیسی و غیر مغناطیسی با مثال

فلزات مغناطیسی و غیر مغناطیسی

فلزات مغناطیسی و فلزات غیر مغناطیسی هر دو نقش مهمی در مهندسی دارند. مغناطیس اساس بسیاری از کاربردها است. در عین حال، این ویژگی نیز ممکن است در شرایط خاصی ناخواسته باشد.

اگر برای پاسخ سریع اینجا هستید، پس به اینجا بروید – رایج ترین فلزات مغناطیسی آهن، نیکل، کبالت، برخی از فلزات خاکی کمیاب و اکثر فولادها هستند. فولاد ضد زنگ بسته به ترکیب شیمیایی آن می تواند مغناطیسی یا غیر مغناطیسی باشد. اکثر فلزات دیگر غیر مغناطیسی در نظر گرفته می شوند ، اما موضوع کمی پیچیده تر از آن است. بنابراین، درک مغناطیس به طور کلی، انواع آهنرباها، و اینکه فلزات چگونه می توانند با آهنرباها تعامل داشته باشند، مهم است. شروع کنیم…

در مورد واشر کلینگریت چه میدانید؟ کاربرد واشر کلینگریت در صنایع مختلف از خودروسازی، پتروشیمی، ماشین‌آلات و … است. هر میزان واشر کلینگریت مورد نیاز خود را از صنعت واشر اصفهان سفارش دهید.

مغناطیس چیست؟

در اصطلاح عامیانه، مغناطیس نیرویی است که می تواند مواد مغناطیسی را جذب یا دفع کند . میدان های مغناطیسی که در محیط های مختلف نفوذ می کنند، واسطه این نیرو هستند.

مغناطیس به طور پیش فرض خاصیت مواد خاصی است. با این حال، برخی از مواد بسته به نیاز، می توانند مغناطیسی یا غیر مغناطیسی شوند.

چه چیزی باعث ایجاد مغناطیس در فلزات می شود؟

مانند جریان الکتریکی، مغناطیس توسط الکترون ها در سطح ابتدایی ایجاد می شود. الکترون ها دارای اسپین هستند که یک دوقطبی مغناطیسی کوچک ایجاد می کند.

هنگامی که این چرخش ها متعادل هستند، نیروی خالص صفر است. اما در مورد تعداد زیادی الکترون جفت نشده، این گشتاور مغناطیسی بی نهایت کوچک بزرگ می شود. در نتیجه میدان مغناطیسی قابل توجهی در اطراف فلز ایجاد می کند.

جریان الکتریکی همچنین قادر به ایجاد میدان های مغناطیسی و بالعکس است. هنگامی که جریان الکتریکی از سیم عبور می کند، میدان مغناطیسی دایره ای در اطراف سیم ایجاد می کند. به طور مشابه، با نزدیک کردن یک میدان مغناطیسی به یک هادی خوب الکتریسیته، جریان های الکتریکی در رسانا شروع به جریان می کنند.

این رابطه شگفت انگیز بین الکتریسیته و مغناطیس منجر به ایجاد دستگاه ها و کاربردهای مبتکرانه بسیاری شده است.

انواع آهنربا

طبقه بندی های مختلفی برای آهنربا وجود دارد. یکی از راه‌های متمایز کردن فلزات مغناطیسی از یکدیگر، مدت زمان فعال بودن خواص آنهاست. با استفاده از این به عنوان مبنای ما، می توانیم آهنرباها را به صورت زیر طبقه بندی کنیم:

• دائمی
• موقت
• الکترومغناطیس

بیایید نگاهی عمیق تر به هر یک از آنها بیندازیم.

آهنرباهای دائمی

آهنرباهای دائمی به دلیل ساختار داخلی خود میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. مغناطیس خود را به راحتی از دست نمی دهند. آهنرباهای دائمی از مواد فرومغناطیسی ساخته شده اند که بدون توجه به تأثیر خارجی، تولید میدان مغناطیسی خود را متوقف نمی کنند. بنابراین، آنها در برابر نیروهای مغناطیس زدایی پایدار هستند.

برای درک آهنرباهای دائمی، باید ساختار داخلی مواد مغناطیسی را بررسی کنیم. یک ماده زمانی که حوزه های آن در یک جهت تراز شوند، خواص مغناطیسی را نشان می دهد . دامنه ها میدان های مغناطیسی کوچکی هستند که در ساختار کریستالی یک ماده وجود دارند.

در مواد فرومغناطیسی، دامنه ها کاملاً در یک راستا قرار دارند. روش های مختلفی برای تراز کردن آنها وجود دارد، اما مطمئن ترین روش گرم کردن آهنربا تا دمای مشخصی است. این دما برای مواد متفاوت است و منجر به هم ترازی دائمی دامنه ها در یک جهت می شود.

به دلیل شرایط مشابه در هسته زمین، مانند یک آهنربای دائمی رفتار می کند.

آهنرباهای موقت

آهنرباهای موقت همانطور که از نامشان پیداست فقط در شرایط خاصی خواص مغناطیسی خود را حفظ می کنند. وقتی این شرایط دیگر وجود نداشته باشد، میدان مغناطیسی خود را از دست می دهند.

مواد نرم با خواص مغناطیسی کم، مانند آهن و فولاد آنیل شده ، نمونه هایی از آهنرباهای موقت هستند. آنها در حضور یک میدان مغناطیسی قوی مغناطیسی می شوند. آنها همچنین اجبار کم را به تصویر می کشند .

حتما دیده اید که وقتی یک آهنربای دائمی در نزدیکی آن قرار دارد، گیره های کاغذ چگونه به یکدیگر متصل می شوند. هر گیره کاغذ به یک آهنربای موقت تبدیل می شود که گیره های کاغذ دیگر را در حضور میدان مغناطیسی جذب می کند. هنگامی که آهنربای دائمی از بین می رود، گیره های کاغذ خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند.

الکترومغناطیس

الکترومغناطیس ها آهنرباهایی هستند که با عبور جریان الکتریکی از آنها میدان های مغناطیسی تولید می کنند. موارد استفاده مختلفی دارند. به عنوان مثال، موتورها، ژنراتورها، رله ها، هدفون ها و … همگی از آهنرباهای الکتریکی استفاده می کنند.

در الکترومغناطیس ها سیم پیچی از سیم به دور یک هسته فرومغناطیسی می پیچد. اتصال سیم به منبع برق یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می کند. مواد فرومغناطیسی آن را بیشتر تقویت می کند. مغناطیس های الکتریکی بسته به جریان الکتریکی می توانند بسیار قوی باشند.

آنها همچنین توانایی روشن و خاموش کردن نیروی مغناطیسی را با فشار دادن یک دکمه فراهم می کنند. این یک ویژگی فوق العاده ویژه است که به ما کمک می کند از نیروی مغناطیسی در بسیاری از کاربردها استفاده کنیم.

اجازه دهید جرثقیلی را مثال بزنیم که برای جمع آوری ضایعات فلزی در یک انبار زباله استفاده می شود. به کمک یک آهنربای الکتریکی می توانیم ضایعات فلزی را با عبور جریان الکتریکی از آن جدا کنیم. هنگامی که باید قطعات را رها کنیم، تنها کاری که باید انجام دهیم این است که برق آهنربا را خاموش کنیم.

یکی دیگر از نمونه های جالب کاربرد آهنربای الکتریکی، قطار Maglev است . در این نرم افزار، قطاری از ریل بلند می شود و شناور می شود. تنها زمانی امکان پذیر است که جریان الکتریکی از طریق آهنرباهای الکتریکی روی بدنه قطار عبور کند.

این به طور قابل توجهی مقاومت قطار را در هنگام حرکت کاهش می دهد. از این رو، این قطارها دارای سرعت بسیار بالایی هستند.

کدام فلزات مغناطیسی هستند؟

روش های مختلفی وجود دارد که در آن فلز ممکن است با آهنربا برهم کنش داشته باشد. این بستگی به ساختار داخلی مواد دارد. فلزات را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:

• فرومغناطیسی
• پارامغناطیس
• دیامغناطیس

در حالی که آهنرباها به شدت فلزات فرومغناطیسی را جذب می کنند ، آنها فقط فلزات پارامغناطیس را به طور ضعیف جذب می کنند. از طرف دیگر، مواد دیامغناطیس وقتی در نزدیکی آهنربا قرار می گیرند دافعه ضعیفی از خود نشان می دهند. فقط فلزات فرومغناطیسی واقعاً مغناطیسی در نظر گرفته می شوند.

فهرست فلزات مغناطیسی

بیایید نگاهی به برخی از شناخته شده ترین فلزات مغناطیسی بیندازیم. برخی از آنها همیشه مغناطیسی هستند. بقیه، مانند فولاد ضد زنگ، فقط با ترکیب شیمیایی خاصی دارای خواص مغناطیسی هستند.

آهن

آهن یک فلز فرومغناطیسی بسیار معروف است. آهن در واقع قوی ترین فلز فرومغناطیسی است. این بخش جدایی ناپذیر از هسته زمین را تشکیل می دهد و خواص مغناطیسی خود را به سیاره ما می دهد. به همین دلیل است که زمین به تنهایی مانند یک آهنربای دائمی عمل می کند.

جنبه های زیادی وجود دارد که به مغناطیس آهن کمک می کند. علاوه بر اسپین الکترونی خالص آن در سطح اتمی، ساختار کریستالی آن نیز نقش مهمی ایفا می کند. بدون آن، آهن یک فلز مغناطیسی نخواهد بود.

ساختارهای کریستالی مختلف باعث خواص متفاوت آهن می شوند.

آهن در ساختار آلفا-FE مکعبی (bcc) خود فرومغناطیسی است . در عین حال، مغناطیس را در ساختار گاما-آهن (fcc) مکعبی محور چهره نشان نمی دهد . به عنوان مثال، ساختار بتا-آهن، تمایلات پارامغناطیس را نشان می دهد.

نیکل

نیکل یکی دیگر از فلزات مغناطیسی محبوب با خواص فرومغناطیسی است. مانند آهن، ترکیبات آن در هسته زمین وجود دارد. از لحاظ تاریخی از نیکل برای ساخت سکه استفاده می شده است.

امروزه نیکل در باتری ها، روکش ها، ابزارآلات آشپزخانه، تلفن ها، ساختمان ها، حمل و نقل و جواهرات کاربرد دارد. بخش زیادی از نیکل برای تولید فرونیکل برای فولاد ضد زنگ استفاده می شود.

نیکل به دلیل خواص مغناطیسی خود بخشی از آهنرباهای Alnico (ساخته شده از آلومینیوم، نیکل و کبالت) نیز می باشد. این آهن‌رباها قوی‌تر از آهن‌رباهای فلزی کمیاب هستند اما ضعیف‌تر از آهن‌رباهای مبتنی بر آهن هستند.

کبالت

کبالت یک فلز فرومغناطیسی مهم است. برای بیش از 100 سال، خواص مغناطیسی عالی کبالت به توسعه کاربردهای مختلف کمک کرده است.

کبالت را می توان برای تولید آهنرباهای نرم و همچنین سخت استفاده کرد. آهنرباهای نرمی که از کبالت استفاده می کنند نسبت به سایر آهنرباهای نرم برتری دارند. یعنی نقطه اشباع بالایی دارند، دمای کوری در محدوده 950 تا 990 درجه سانتیگراد. بنابراین، آنها می توانند برای کاربردهای با دمای بالا (تا 500 درجه سانتیگراد) استفاده شوند.

کبالت با آلیاژهایش در هارد دیسک، توربین های بادی، ماشین های MRI، موتورها، محرک ها و حسگرها استفاده می شود.

فولاد

فولاد همچنین دارای خواص فرومغناطیسی است زیرا از آهن مشتق شده است. بیشتر فولادها جذب آهنربا می شوند. در صورت نیاز می توان از فولاد برای ساخت آهنرباهای دائمی نیز استفاده کرد.

بیایید مثال فولاد EN C15D را در نظر بگیریم. این گرید از فولاد حاوی 98.81 تا 99.26 درصد آهن است. بنابراین درصد بسیار بالایی از این عیار فولاد را آهن تشکیل می دهد. از این رو، خواص فرومغناطیسی آهن به فولاد منتقل می شود.

کدام فلزات مغناطیسی نیستند؟

فقط تعداد کمی از فلزات در جدول تناوبی مغناطیسی هستند. بیشتر فلزات رایج دیگر فلزات غیر مغناطیسی هستند. بیایید نگاهی به برخی از آنها بیاندازیم.

فهرست فلزات غیر مغناطیسی

آلومینیوم

ساختار کریستالی آلومینیوم ، مشابه لیتیوم و منیزیم، آن را غیر مغناطیسی می کند. هر سه ماده نمونه های محبوب فلزات پارامغناطیس هستند.

اگرچه چندین نوع خوردگی آلومینیوم ممکن است رخ دهد، اما به دلیل مقاومت آن در برابر محیط های خورنده شناخته شده است. این در کنار وزن سبک آن، آن را به یک فلز مفید در بسیاری از صنایع تبدیل می کند.

طلا

طلا مانند سایر فلزات یک فلز دیامغناطیسی است. طلا در شکل خالص خود غیر مغناطیسی است و مانند تمام فلزات دیامغناطیسی، فقط دافعه ضعیفی نسبت به آهنرباها نشان می دهد.

نقره ای

نقره یکی دیگر از فلزات غیر مغناطیسی است. این خاصیت شناسایی نقره تقلبی را امکان پذیر می کند. اگر سکه های “نقره” یا جواهرات آهنربا را جذب می کنند، به وضوح باید چیز دیگری باشد.

مس

مس به خودی خود مغناطیسی نیست اما تا حدی با آهنرباها برهمکنش دارد. مس دیامغناطیس است، یعنی میدان های مغناطیسی را دفع می کند. این خاصیت به تولید برق در نیروگاه ها کمک می کند.

هنگامی که آهنربا به مس نزدیک می شود، میدان مغناطیسی باعث می شود که الکترون های روی سطح دوباره مرتب شوند و شروع به چرخش کنند. این الگوی مارپیچی مقاومت ایجاد می کند. به عبارت دیگر، الکترون‌ها میدان مغناطیسی خود را برای مدت کوتاهی ایجاد می‌کنند که نزول آهنربا را کند می‌کند.