تاریخچه و تحلیلی مختصر از آهنربا

یونانیان و چینیان باستان سنگ معروفی را در قدیم الایام به نام سنگ آهنربا کشف کردند، که به صورت طبیعی مغناطیسه شده بودند. در آن زمان آن سنگ به طرز شگف آوری و به نظر سحر آمیزی تکه های آهن را به خود جذب کرد. هچنین زمانی که اجازه دادند به صورت آزاد معلق بماند، همواره در جهت خاصی می ایستاد. به سرعت این کشف باعث شد دریانوردان از این وسیله برای پیدا کردن مسیر خود روی دریا استفاده کنند.

نام مگنت از ” مگنیز ” مشتق شده است که کلمه ای یونانی است. این کلمه در واقع از معدنی در یونان می آید که سنگ آهنربا در قدیم از آنجا استخراج شده است.

با گذر زمان آهنربا به شکل قوی و صنعتی امروزی که می­بینیم تکامل یافته است. این آهنرباها از آلیاژ های مختلفی تشکیل شده اند که دقیقاً ماهیت سنگ آهنربا را دارند با این تفاوت که به دلیل حضور مواد مختلف درآلیاژ خودشان، خاصیت مغناطیسه شدن را بسیار افزایش داده اند.

استفاده از آهنرباها تا قرن 18 به صورت سنتی رواج داشت تا اینکه در این قرن فردی اقدام به تقویت آهنرباها و ساخت آنها کرد. این روند به آرامی طی می­شد تا اینکه در سال 1920 میلادی، آلیاژ آلنیکو ( ترکیبی از نیکل، آلومینیوم و کبالت) فرمول بندی شد. آهنرباهای سرامیکی در سال 1950 میلادی و جنس های دیگر در سال 1970 تولید شدند. از آن به بعد علم مغناطیس دچار پیشرفت و گسترش شد به نحوی که دستگاهای عظیم و مینیاتوری بسیاری با استفاده از مگنت­ها تولید شده اند.

آهنربا چیست؟

آهنربا با قراردادن موادی با خاصیت مغناطیسی نظیر آن یا فولاد در یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می­شود. آهنرباهای دایم و الکترومگنت ها نیز به همین طریق ایجاد می­شوند.

اتم های موادی که می­توانند به آهنربا تبدیل شوند مانند آهن، فولاد، نیکل و کبالت در واحدهای بسیار کوچکی به نام حوزه سازمان یافته اند. هر حوزه، هرچند در سایز میکروسکوپی باشد از میلیون ها اتم تشکیل شده است که هر حوزه شبیه یک آهنرباهای کوچک عمل می­کند.

زمانی که یک ماده­ی مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی قوی قرار بگیرد، حوزه های منفرد که هر کدام در راستای خاصی قرار دارند، به تدریج در راستای همان میدانِ اعمال شده می­چرخند. حال هر حوزه ای که می­چرخد حوزه ی مجاور را نیز تحت تاثیر قرار می­دهد. زمانی که بیشتر حوزه ها در راستای میدان قرار بگیرند، آن ماده تبدیل به آهن ربا می­شود. شکل های زیر مربوط به یک ماده قبل و بعد مغناطیده شدن است:

آهن ربا رفتارهای زیر را از خود نشان می­دهد:

• جذب کردن مواد خاص: نظیر آهن، نیکل، کبالت و فولادها و آلیاژ های خاص.
• اعمال نیروی کششی یا فشاری (جذب و دفع) روی سایر آهنرباها (نیروی دفع به قطب موافق و نیروی جذب به قطب مخالف)
• داشتن تاثیر بر روی یک رسانای برق زمانی که رسانا و آهنربا نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند.
• داشتن تاثیر بر روی مسیر یک ذره­ی باردار که در حال حرکت در فضا است.

با توجه به این اثرات، متوجه می­شویم که آهنربا انرژی مغناطیسی را بدون تقلیل انرژی به سایر انرژی ها تبدیل می­کند. مثال هایی از این تبدیل انرژی به شرح زیر است.

• مکانیکی به مکانیکی: مانند دفع و جذب
• مکانیکی به الکتریکی: مانند ژنراتور و میکروفون
• الکتریکی به مکانیکی: مانند موتور، اسپیکر های قوی، انحراف ذره های باردار
• مکانیکی به گرمایی: مانند جریان گردابی و دستگاههای گشتاور پسماند
• تاثیرات به خصوص: مانند مقوامت مغناطیسی، دستگاههای اثر هال، تشدید مغناطیسی