مقدمه

آهنرباي دائم به اختصار PM1 خوانده مي‌شود و قطعه‌اي از فولاد سخت و يا ديگر مواد مغناطيسي كه تحت اثر ميدانهاي شديد ، مغناطيس شده و اين اثر را براي مدت طولاني در خود حفظ مي‌كنند. اثر آهنربايي اولين بار ، روي قطعه‌هايي از سنگ معدن آهن ، به نام آهنرباي طبيعي يا معدني در طبيعت مشاهده شد و ديدند كه قطعات آهن را به خود جذب مي‌كند.

بعدا دريافتند كه چنانچه قطعه درازي از اين سنگ آهن مغناطيسي معدن را ، بطور معلق در هوا نگهدارند اين قطعه دراز خود را در امتدادي قرار مي‌دهد كه يك انتهايش به طرف قطب شمال زمين قرار دارد و اين انتهاي ميله آهن مغناطيس دار را قطب شمال و سر ديگر آن را قطب جنوب ناميدند. چنين قطعه سنگ معدن آهن ، آهنرباي ميله‌اي ناميده شد.

img/daneshnameh_up/f/f0/horseshoe_magnet_magnetic_rays.gif

نظريه اول آهنربايي

هر آهنربا از تعدادي ذره آهنربايي تشكيل شده است. وقتي يك قطعه آهن ، آهنربا نيست، ذرات آهنربايي بطور پراكنده و دلخواه داخل آن قرار دارند و وقتي ذرات داخل آهن در امتدادي منظم قرار گيرند، اثرات مغناطيسي آنها باهم جمع شده و آن آهن ، آهنربا مي‌شود.

نظريه دوم آهنربايي

خاصيت آهنربايي به الكترونها وابسته است. الكترون داراي يك نيروي دوار در اطراف خود مي‌باشد و وقتي مدارهاي الكترونها در امتداد ميله آهن طوري قرار گيرند كه دايره‌هاي نيرو با يكديگر جمع شوند، ميله آهني ، آهنربا مي‌شود. در طبيعت از نقطه نظر تغييرات چگالي فلوي مغناطيسي (B) بر حسب جريان (I) مي‌توان مواد را به دو دسته تقسيم نمود:
  1. مواد غير مغناطيسي: از اين مواد مي‌توان پلاستيك و ميكا و عايقهاي جريان الكتريكي را نام برد. در اين مواد ، نفوذ پذيري مغناطيسي عددي ثابت است و مقدار آن را µ˚= 4π×10-7 فرض مي‌كنيم.
  2. مواد مغناطيسي: مواد مغناطيسي كه به مواد فرومغناطيسي نيز معروفند جزء گروه آهن به شمار مي‌روند. در اين مواد با جريان مفروض I چگالي شار (B) افزونتري نسبت به فضاي آزاد شكل مي‌گيرد و منحني B-I اين مواد غير خطي است. مواد مغناطيسي خود به دو گروه تقسيم بندي مي‌شوند:
  • مواد فرومغناطيسي نرم: كه آنها خطي كردن تغييرات B بر حسب I (منحني B-I) امكان پذير است، از تقريب خوبي برخوردار مي‌باشد و در اين مواد ، B بخاطر I حاصل مي‌شود.
  • مواد فرومغناطيسي سخت: كه از اينگونه مواد براي ساخت مغناطيس دائم استفاده مي‌شود. در اين مواد B بخاطر دو عامل جريان (I) و خاصيت مغناطيس شوندگي ماده (M) بروزمي كند. اين مواد در اثر ميدانهاي شديد ، مغناطيس شده و اين اثر را تا مدت طولاني خود حفظ مي‌كنند.
مواد مغناطيسي براي مقاصد خاص نيز ساخته مي‌شوند، بطوري كه طي سي سال گذشته چند ماده مغناطيسي جديد ساخته شده كه مشخصات لازم براي ايجاد يك آهنرباي دائم خوب را دارا هستند. آهنرباي دائم خوب ، از ماده‌اي است كه تا حد امكان شار باقيمانده (يا چگالي شار باقيمانده) بزرگي داشته باشند. عمده اين مواد فريتها (مواد مغناطيسي سراميكي) و مواد مغناطيسي خاك كمياب هستند.

انواع آهنرباي دائم

سه نوع آهنرباي دائم كه داراي كاربرد فراوان هستند به شرح زيرند:

آهنرباي آلنيكو

آلنيكو از ابتداي نام سه عنصر آلومينيوم ، نيكل و كبالت گرفته شده است. اين آلياژ كه عمدتا از فلزات آهن و آلومينيوم و نيكل و كبالت ساخته مي‌شود، قابليت پذيرش نيروي مغناطيسي بالايي و به منظور ساختن آهنرباي دائم بلندگوها و لامپهايي با حوزه مغناطيسي و در سروموتورهاي DC2 پيشرفته استفاده مي‌شود.

معمولا در آخر اسم "آلنيكو" حرفي اضافه مي‌گردد كه مشخص كننده قدرت آهنربا است. فرضا "آلنيكوv" قويترين آهنرباي دائم نسبت به "آلنيكوها" است و معمولا آهنرباي "آلنيكو" را به صورت طولي مغناطيس مي‌كنند و سپس مورد استفاده قرار مي‌دهند. منظور از مغناطيس كردن طولي اين است كه دو قطب S و N در طول جسم قرار مي‌گيرند.

آهنرباي فريت

اين آهنربا را آهنرباي سراميك نيز مي‌نامند. اين آهنرباي دائم از تركيب مواد ذوب شده نوعي چيني و پودر ماده مغناطيسي ساخته مي‌شود. اين آهنربا چون پودر پس ماند مغناطيسي و نيروي خنثي كننده زيادي دارد، آن را به صورت عرضي مغناطيسي مي‌كنند. منظور از مغناطيس كردن عرضي ، قرار گرفتن دو قطب S و N در عرض جسم است و چون چگالي شار (B) اين آهنرباي دائم كم است براي جبران چگالي شار زياد، آن را دراز مي سازند.

چون هزينه ساخت اين آهنربا كم بوده و مواد اوليه آن به ارزاني قابل تهيه است، بطور گسترده مورد استفاده قرار مي‌گيرد. نامگذاري آهنرباي فريت با توجه به نوع عنصري كه در ساخت آهنربا از آن استفاده شده است صورت مي‌گيرد. مثل فريت استرونيتام و يا فريت باريم.

آهنرباي سارماريوم - كبالت

عنصر اصلي اين آهنرباي دائم عنصر ساماريوم با علامت اختصاري Sm و عدد اتمي 62 است. چون اين آهنرباي كمياب (به دليل عنصر تشكيل دهنده كمياب ساماريوم) داراي پس ماند مغناطيسي و خنثي كننده خيلي زيادي است، به همين دليل مي‌تواند شدتي به مراتب بزرگتر از آهنرباي دائم معمولي داشته باشد. به عنوان مثال در يك طول و مساحت برابر ، چگالي شار (B) اين آهنربا دو برابر آهنرباي سراميك است.

هزينه توليد اين آهنربا قابل ملاحظه است و به همين دليل آن را كم قطر مي‌سازند. چون شدت مغناطيسي اين آهنربا بالا است، لذا از چنين آهنربايي كه در ابعاد كوچك و وزن كمتر شدت مغناطيسي خوبي دارد در ساعتهاي الكترونيكي و لامپهاي ماگنترون و تجهيزات نظامي و سروموتورها هواپيما استفاده مي‌كنند. به اين ترتيب روز به روز دامنه كاربرد اين آهنربا رو به افزايش است.

منبع: رشد