اینکه آهن ربا چگونه ساخته میشود و یا به عبارت بهتر یک آهنربا از چه موادی ساخته میشود سوالی است که ذهن خیلی ها را به خود مشغول کرده است. البته ناگفته نماند که این سوال اولین بار از کتاب علوم چهارم دبستان برای ما مطرح شده است. بهرحال در این مقاله سعی داریم به زبان ساده در مورد اینکه یک آهن ربا چگونه ساخته میشود و یا اینکه ساخت آهنربا در خانه و کارخانه چگونه قابل انجام است، تحقیق در مورد آهن ربا کلاس چهارم توضیح دهیم. اگر علاقه مند هستید تا انتها همراه ما باشید.
به طور کلی برای ساخت آهن ربا چندین روش مرسوم وجود دارد اما پیش از ساخت آهنربا بهتر است در مورد ویژگی های آن اطلاعاتی داشته باشیم.
تعریف آهنربا
همانطور که از نام آن مشخص است، آهن ربا به وسیله ای گفته میشود که میتواند آهن و آهن آلات را به خود جذب کند. اما این تنها ویژگی آن نیست. بلکه این وسیله قادر است میدان مغناطیسی تولید نماید. در ادامه به زبان ساده توضیح خواهیم داد که اصلا میدان مغناطیسی چیست؟ اما شاید برایتان جالب باشد که بدانید آهنرباها هم میتوانند ساخته دست بشر باشند و هم میتوانند به صورت طبیعی در طبیعت یافت شوند. اما اینکه آهنربا چه خاصیتی دارد با انجام آزمایشاتی توسط بشر به اثبات رسیده است. پس از آن با انجام آزمایشاتی مشخص شد که آهن ربا چگونه ساخته میشود.
انواع آهنرباها:
آهنرباها یا مغناطیس ها در حالت کلی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.
آهنرباهای طبیعی: آهن مغناطیسی، هماتیت، مگنتوکلینو هماتیت
آهن مغناطیسی یکی از معروف ترین آهن رباهای شناخته شده و دارای خواص مغناطیسی قوی است. هماتیت یکی دیگر از سنگ های آهنربا است که خواص مغناطیسی ضعیف تری نسبت به آهن مغناطیس دارد. مگنتوکلینو یه نوع هماتیت خاص است که خواص قوی تری نسبت به هماتیت معمولی دارد.
آهنرباهای اصطکاکی: آهن نیکل، آهن سماریوم، آهنرباهای نئودیمیم
آهنربا آهن نیکل از ترکیب آهن، نیکل، کبالت و عناصر دیگر تشکیل شده است. این نوع مغناطیس‌ها دارای خواص مغناطیسی قوی و پایداری حرارتی بالا هستند.اهن سماریوم نیز از ترکیب سمیم و کبالت ساخته شده، این نوع آهنربا دارای خواص مغناطیسی بسیار قوی و مقاومت حرارتی بسیار بالایی است.آهنربا نئودیمیم از ترکیب نئودیمیم، بور، و آهن تشکیل شده‌اند و دارای خواص مغناطیسی بسیار قوی و استفاده گسترده در اجزای الکترونیکی هستند.
چه کسی آهنربا را اختراع کرده است؟
آهنربا چیزی نیست که کسی آنرا اختراع کرده باشد، چرا که همانطور که گفتیم آهنربا در طبیعت وجود داشته است و انسان ها با انجام آزمایشاتی متوجه شدند که آهن ربا چگونه ساخته میشود. اما بنا به روایتی گفته میشود اولین کسی که به طور اتفاقی پی به وجود چنین پدیده ای برد یک فرد عادی (چوپان) به نام مگنس در یونان باستان بود که در اثر گیر کردن میخ کفشش به سنگی حاوی مواد معدنی آهنربا (مگنتیت) در مورد این پدیده سخن گفته است. نام مغناطیس نیز از نام این فرد گرفته شده است.
میدان مغناطیسی چیست؟
اگر میخواهید بدانید آهن ربا چگونه ساخته میشود باید ابتدا به خوبی بتوانید میدان مغناطیسی را درک کنید. میدان مغناطیسی به زبان ساده بخشی از فضای نزدیک به یک جسم مغناطیسی یا یک جسم حامل جریان الکتریکی است که در آن می توان نیروهای مغناطیسی ناشی از آن جسم یا ناشی از آن جریان الکتریکی را تشخیص داد.
پس تا به اینجا متوجه شدیم که میدان مغناطیسی یا به طور ذاتی در اطراف برخی اجسام وجود دارد و یا میتوان به طور مصنوعی توسط اعمال جریان الکتریکی، آن را به وجود آورد.
بنابراین میدان مغناطیسی بخشی از فضای نزدیک یک جسم مغناطیسی یا یک جسم حامل جریان که در آن می توان نیروهای مغناطیسی ناشی از جسم یا جریان را تشخیص داد.
مشخصات میدان مغناطیسی چیست؟
هر میدان مغناطیسی دارای مشخصه ای به نام بردار است. این بردار از یک قطب شروع و در قطب دیگر به پایان میرسد. از طرفی وجود همین بردار نیرو هست که باعث میشود هنگامی که یک قطعه آهن در میدان مغناطیسی آهنربا قرار میگیرد، در جهت خاصی حرکت کند و به قطعه آهنی نیرو وارد کند. جهت این بردار بیرونی در اطراف آهنربا، از قطب شمال به جنوب است.
بخاطر وجود همین جهت بردار و نیروی میدان، وقتی دو قطب هم نام، مثلا دو قطب N یا دو قطب همنام S آهنربا را به یکدیگر نزدیک میکنیم همدیگر را دفع میکنند. اما زمانی که دو قطب مخالف N و S را به هم نزدیک میکنیم با قدرت زیادی یکدیگر را جذب میکنند و به هم میچسبند. اساس اینکه یک آهن ربا چگونه ساخته میشود نیز بر اساس همین میدان و بردارهای آن است.
چرا آهنربا تمایل دارد به یک سمت حرکت کند؟
اگر دقت کرده باشید هر زمان یک آهنربا را به دور یک نخ بپیچید و آن را آزادانه آویزان کنید، آهنربا تمایل دارد در جهت مشخص و ثابتی بایستد. علت این پدیده چیست؟ برای درک بهتر ساز و کار ساخت آهنربا و اینکه یک آهن ربا چگونه ساخته میشود باید این نکات را هم بدانید. علت این است که زمین خود یک میدان مغنطیسی قوی است چرا که زمین غنی از آهن است. هر آهنربا نیز دو قطب مثبت و منفی دارد. حال هنگامی که آهنربا به طور آزادانه در میدان مغناطیسی زمان قرار میگیرد، تحت نیروهای وارده از میدان مغناطیسی بزرگتر زمین در جهت بردار این میدان ها تغییر جهت میدهد و در نهایت در آن جهت می ایستد.
آهن ربا چگونه ساخته میشود؟
روش های ساخت آهن ربا بسیار ساده است. آیا تا بحال حتما دیده اید که یک میله آهنی کوچک یا حتی یک میخ آهنی گاهی میتواند به دیگر اجسام فلزی مثل آهن، نیکل و یا کبالتی بچسبد. این مشاهده گواهی بر این ادعا است که میخ آهنی در اثر القا میدان مغناطیسی زمین خود به یک آهنربا تبدیل شده است.
برای پاسخ به این سوال که آهن ربا چگونه ساخته میشود پاسخ این است که سه روش اصلی برای ساخت وجود دارد. البته روش ها روز به روز با پیشرفت علم و تکنولوژی ممکن است تغییر کند و یا به تعداد آنها اضافه شود.
سه روش اصلی ساخت آهنربا به این ترتیب است:
- استفاده از جریان الکتریسیته
- مالش دادن یا اتصال
- روش القایی
آهنربا از چه موادی ساخته میشود؟
آهنربا ها از موادی ساخته میشوند که درون ساختار اتمی آنها یک ویژگی یا خاصیت مشترک به نام فرومغناطیس دارند. این یک خاصیت ذاتی است و شما نمیتوانید در مواد آنرا ایجاد کنید و یا حذف کنید. در میان تمامی عناصری که تاکنون کشف شده اند، آهن، نیکل و کبالت دارای خاصیت فرومغناطیس هستند. یعنی تنها از این مواد میتوان آهنربای دائمی ساخت. پس اگر میخواهید بدانید چگونه آهنربا دائمی ساخته میشود باید حتما از مواد فرومغناطیس استفاده کنید.
اما در مقابل موادی هم وجود دارند که میتوان به طور موقت دارای میدان مغناطیسی باشند. این مواد به محض اینکه عامل بوجود آورنده میدان خارجی از اطراف آنها حذف میشود، میدان ساختگی خود را از دست می‌دهند. نام علمی این خاصیت دیا مغناطیس بودن است. فلزاتی مثل مس، طلا، جیوه و بیسموت در این دسته قرار میگیرند. نکته ای که در مورد مواد با خاصیت دیا مغناطیسی وجود دارد این است که جهت جریان میدان ساختگی مخالف جهت جریان میدان واقعی خارجی است و آنرا دفع یا تضعیف می‌کند.
دسته سومی از مواد وجود دارد که تقریبا مشابه دسته دوم هستند، یعنی در ماهیت ذاتی آنها امکان تشکیل میدان وجود دارد اما تفاوت آنها با دسته دوم در این است که جهت میدان ساخته شده با جهت میدان خارجی اعمال شده همراستا است و این موضوع باعث میشود میدان خارجی اولیه تقویت شود و برعکس مواد دسته دوم که تضعیف میکنند جهت قوی تر کردن میدان مغناطیسی به کار گرفته میشوند.
دسته چهارم از مواد هم وجود دارند که نمی‌توان به طور دائمی از آنها آهنربا ساخت و نه میتوان به طور موقت این ویژگی را داشته باشند. این مواد وقتی در میدان مغناطیسی خارجی قرار میگیرند، هیچ اتفاقی در ماهیت آنها رخ نمیدهد و میدان خارجی را نه تقویت میکنند و نه تضعیف.
ساخت آهنربا به روش مالش
روش مالش ساده ترین و ابتدایی ترین روش برای این است که درک کنیم که یک آهن ربا چگونه ساخته میشود. در این روش کافی است یک میله فولادی یا آهنی را به یک آهنربای واقعی مالش دهید. در این صورت پس از چند دقیقه میلگرد آهنی شما نیز به آهنربا تبدیل میشود. نکته ای که باید به آن دقت کنید این است که آهنربای ساخته شده قطب های معکوس با قطب های آهنربای اصلی دارد.
با الکتریسیته چگونه آهنربا ساخته میشود؟
برای اینکه ببینیم با جریان الکتریکی چگونه آهن ربا ساخته میشود نیاز به یک میخ آهنی، سیم یا سیم لوله باتری داریم. اگر سیم لوله ندارید از سیم بلندی استفاده کنید. یک سیم لوله در واقع یک سیم است که با قطر مشخصی مثل یک استوانه یا فنر پیچیده شده است. حال اگر سیم لوله ندارید، کافی است سیم بلند مسی را بدور میخ آهنی بپیجید. دو سر سیم را آزاد بگذارید تا بتوانید به دو قطب باتری بچسبانید.
بعد از چند ثانیه که اجازه دادیم جریان الکتریکی از سیم عبور کند، میخ آهنی به یک آهنربا تبدیل شده است. برای بررسی صحت اینکار کافی است از گیره های کاغذ و دفترتان استفاده کنید و به میخ نزدیک کنید. میبینید که این گیره ها به میخ آهنی میچسبند.
عوامل موثر بر قدرت آهنربای الکتریکی
نکته ای که ممکن است در کتاب علوم چهارم از شما پرسیده شود این است که قدرت میدان ایجاد شده در ساخت آهنربا با روش الکتریسیته به چه چیزی بستگی دارد؟ شما باید بگوئید که این قدرت به ولتاژ و قدرت باتری انتخاب شده و تعداد دور سیم پیچ بستگی دارد.
با روش القای مغناطیسی چگونه آهن ربا ساخته میشود؟
این روش شبیه به یک بازی دومینو است. با این شباهت که اگر شما تعدادی گیره یا سوزن و یک عدد آهنربا داشته باشید. کافی است یکسر آهنربا را به یک سوزن وصل کنید. سپس یک سوزن دیگر هم به سوزن اول نزدیک کنید. خواهید دید که سوزن دوم به سوزن اول میچسبد و گویی سوزن اول خودش آهنربا شده است. به همین سادگی! هر سوزن به روش القای مغناطیسی خود به یک آهنربای جدید تبدیل شده است که منبع تمام این آهنربا شدن ها به خاطر همان آهنربای اولیه است.
کاربردهای آهنربا در زندگی چیست؟
حال که یاد گرفتید یک آهن ربا چگونه ساخت میشود، بهتر است با کاربردهای آن در زندگی روزمره هم آشنا شوید.
- یکی از کاربردهای مهم آهنربا در صنعت در بازیافت ضایعات آهن است. در انبارهای بازیافت فلزات وقتی میخواهند تفکیکی بین فلزات مغناطیسی با غیر مغناطیسی انجام دهند از آهنرباهای قوی مغناطیسی استفاده میکنند. بدین ترتیب که در بین حجم عظیمی از قطعات سنگین، گاهی لازم است که فلزات فرومغناطیس از فلزات غیر فرو جدا شوند. بنابراین در اینجا آهنرباهای غول پیکر به کمک شما می آیند.
- کاربرد دیگر آهنرباها در صنعت مواد غذایی است برای استخراج قطعات کوچک فلزی از میان فراورده های غذایی استفاده میشود.
- از ساخت آهنربا در ژنراتور الکتریکی، تجهیزات پزشکی مثل دستگاه های MRI و در درمان برخی بیماری ها مانند سرطان استفاده میشود. از طرفی این وسیله پرکاربرد در بسیاری از لوازم خانه و آشپزخانه نیز بکار گرفته شده است. جاروبرقی، یخچال ها و بسیاری از وسایل دیگر از این دست هستند. بنابراین مشخص است که استفاده و ساخت آهنربا یک جز جدایی ناپذیر در زندگی ماست.
- کاربردهای جغرافیایی مانند: جهت نماها و قطب نماها. آهن مغناطیسی به عنوان یک سنگ طبیعی مغناطیسی، در ساخت جهت‌نماها و قطب‌نماها برای تعیین جهت قطب نمای زمین استفاده میشود.
- در مطالعات زمین‌شناسی از آهن مغناطیسی به عنوان یک سنگ مغناطیس، در مطالعات و تحقیقات مربوط به تاریخچه وجود آهن در کره زمین مورد استفاده قرار میگیرد.
چگونه با باتری و آهن ربا یک موتور بسازیم:
با ساده ترین وسایل میتوانیم یک موتور ساده بسازیم که شبیه به یک آرمیچر است. خب این نوع آموزش میتواند برای شما و یا فرزندتان یک سرگرمی جذاب باشد و شما مهارت خودتان را به آن ها ثابت کنید. تنها کافیه طبق آموزش پیش بروید تا بتوانید با این آموزش تصویری به نتیجه عالی برسید.
وسایل مورد نیاز برای تهیه یک موتور ساده :۱- یک باتری قلمی ۲- مقداری سیم مس ۳- یک آهن ربا
مرحله اول: یک باتری قلمی تهیه کنید و کمی سیم را در سر آن اضافه بگذارید و سیم را دور باتری حدودا ۱۰ بار بپیچانید.
مرحله دوم: سپس سیم مسی را که دور باتری پیچانده اید را از وسط باتری در آورید دو با اضافه سمی که دو طرف این حلقه مسی قرار دارد یکی در سمت راست و دیگری در سمت چپ به این حلقه مسی گره بزنید و از آن رد کنید.
مرحله سوم: حالا دو تکه سیم مس بگرید و سر آن را گرد کنید و به دو طرف قطب های مثبت و منفی باتری با چسب بچسبانید. به شکلی که دو سیم حلقه مسی بتواند در آن بچرخد.
مرحله چهارم: زیر یک اهن ربا زیر حلقه مسیری و روی باتری قرار دهید و شاهد چرخیدن حلقه مسی باشید.
سوالات پرتکرار در مورد ساخت آهنربا و مشخصات آن
آهنربا و میدان مغناطیسی چگونه ایجاد میشود؟
وقتی یک تکه آهن معمولی توسط سه روش گفته شده به آهنربای موقتی تبدیل شد، یک نیروی برداری در اطراف خود شکل میدهد که به آن میدان مغناطیسی می‌گوئیم.
۳ راه برای ساخت آهنربا نام ببرید ؟
- روش القایی ۲- روش مالشی ۳- روش استفاده از جریان الکتریکی
انواع آهنرباها در طبیعت کدامند؟
ما ۷ نوع آهنربا در طبعیت داریم که این ۷ نوع بنا به ترکیب شیمیایی شان تقسیم شده اند و خود به دو گروه آهنربای دائمی و آهنربای موقتی دسته بندی میشوند.
- بور آهن نئودیمیم (NdFeB) – آهنربای دائمی.
- ساماریوم کبالت (SmCo) – آهنربای دائمی.
- Alnico – آهنربای دائمی.
- آهنرباهای سرامیکی یا فریتی – آهنربای دائمی.
- آهنرباهای موقت – در حضور میدان مغناطیسی مغناطیسی می شوند.
انواع آهنربا:
اساس کار تمام آهنرباها یکسان است، اما به دلیل کاربرد در دستگاههای مختلف ، آرایش و صنعت ، آن را به اشکال و اندازه‌های گوناگون می سازند، و لذا انواع آن از لحاظ شکل عبارتند از :
تیغه ای، میله ای، نعلی شکل، استوانه ای، حلقه ای، کروی، پلاستیکی، سرامیکی و…
عمر آهنرباها چقدر است؟
اگر میخواهید بدانید که یک آهنربا دائمی چقدر دوام می آورد، باید شرایط استفاده از آن را هم در نظر بگیرید. اگر شرایط کاری بهینه و درست باشد، در هر ۱۰۰ سال ۵ درصد از عمر آهنرباها کاسته میشود.
چه کسی آهنربا را اختراع کرد؟
آهنربا اختراع نشد، بلکه کشف شده است. مگنس یونانی اولین بار پی به وجود قدرت و نیرویی بین میخ کفشش با یک ماده معدنی مگنتیت روی زمین شد.
آیا بدن انسان میتواند مغناطیسی شود؟
بدن انسان نمیتواند میدان مغناطیسی قابل اندازه گیری تولید کند و اگر شنیده اید که برخی افراد بدن مغناطیسی دارند، یک اشتباه است چون این افراد فقط پوست چسبنده تری نسبت به بقیه دارند و این موضوع از لحاظ فیزیکی کاملا متفاوت از میدان های مغناطیسی است. بنابراین این سوال نیز غلط است که به نظر شما در بدن انسان چگونه آهنربا ساخته میشود؟
مواد فرومغناطیس کدامند؟
فلزات آهن، نیکل و کبالت
اولین آهنربای طبیعی کجا پیدا شد؟
اولین آهنربای طبیعی در معدن سنگ آهن در ناحیه منیزیا آسیای صغیر (یونان) کشف شد.
قوی ترین آهنربای طبیعی در جهان چیست؟
در میان انواع آهنربا که در بالا ذکر شد، آهنرباهای نئودیمیم (Nd) قوی ترین آهنربای دائمی جهان است.
آیا زمین قدرت مغناطیسی خود را از دست میدهد؟
در طول ۲۰۰ سال اخیر، میدان مغناطیسی زمین حدود ۹ درصد از قدرت اولیه خود را از دست داده است. جالب است بدانید که این منطقه کاهش یافته بین آفریقا و آمریکای جنوبی است.
خلاصه مباحث
بصورت کلی در این مقاله مباحث حول محور آهنربا بررسی شد. از نحوه ساخت آهنربا و تاریخچه پیدایش آن تا نوع و مصارف آهنربا در این مقاله گنجانده شده است. با خواندن مطالب مقاله اطلاعات کلی در مورد آهنربا پیدا می کنید. امیدواریم برای سوالات خود جواب جامع و کلی را پیدا کرده باشید.
این مطلب بدون برچسب می باشد.
ثبت دیدگاه