آهنربا در برابر حرارت چه رفتاری دارد؟

به علت سوالات مکرر و نیازهای مختلف آهنربا در حرارت، مقاله ی دیگری در این زمینه با پاسخ به پرسش های مرسوم تهیه شده است. امیدواریم مفید واقع شود.

سوالات مطرح در مورد حرارت و آهنربا:
1)    تحلیل از کار افتادگی آهنربا در برابر حرارت در مورد آهنرباهای مختلف چگونه انجام می شود؟
2)    آیا شار مغناطیسی آهنربا با کاهش دمای آهنربا (مثلاً حدود -60 درجه سانتی گراد) افزایش می یابد؟
3)    چگونه یک آهنربا تثبیت حرارتی می شود؟ چه موقع این کار را باید با آهنربا انجام داد و چه منافعی دارد؟ در حقیقت چه تغییری در آهنربا ایجاد می کند؟
4)    زمانی که دمای یک آهنربا بالا یا پایین می رود چه بر سر آهنربا می آید؟

1)    همه ی آهنرباها همواره در شرایط ایده آل دمایی تعریف شده برای آنها، دارای حداکثر حالت مغناطیده با توجه به ظرفیت خود می باشند. قبل از مغناطش آهنربا، دامنه ها و حوزه های مغناطیسی آن کاملاً به صورت رندم کنار هم قرار گرفته اند تا میزان انرژی درونی و بیرونی ماده حداقل باشد. عمل مغناطش باعث می شود، که حوزه های مغناطیسی ماده، جهت گیری مشخصی داشته باشند. آهنرباهای دایم (با توجه به شکل هندسی، ناهمسانگردی، مکانیزم شیمیایی) در دمایی مشخص این جهت را در خود حفظ می کنند. در نظر بگیرید که ناهمسانگردی، در اینجا از همه ی موارد دیگر بیشتر در مقابل نیروی مغناطیسی مقابله می کند، و در نتیجه باعث یک نیروی مغناطیس زدا می شود.
حوزه های مغناطیسی در مرکز آهنربا یگدیگر را حمایت می کنند، اما حوزه های کناری یا در لبه ها و گوشه ها، حمایت کمتری دارند و بعضی از آنها از جهت گیری سایر حوزه ها در راستای میدان خارجی باز می گردند؛ که یک میدان مخالفی با سایر حوزه ها در مرکز ماده خواهند داشت. زمانی که حرارت به آهنربا اعمال می شود، مدار الکترون های آزادتر، باعث می شوند که حوزه ها تا حدی ضعیف و نابسامان شوند؛ و آن حوزه هایی که به حرارت نزدیک ترند و یا به هر دلیلی (در لبه ها و کنار) ضعیغ تر هستند، کاملاً از جهت خود باز می گردند.
از کار افتادگی حرارتی، یک روندی است که از قبل از استفاده از آهنربا روی آهنربا انجام می دهند. این روند با بالا بردن دمای آهنربا تا دمایی که طی کارکرد اصلی آهنربا اتفاق خواهد افتاد انجام می شود تا تمامی تغییرات احتمالی در آهنربا ایجاد شود. در دماهای بالاتر از آن، نیروی مغناطیسی زدایی برای آهنرباهای ایزوله، به خودی خود یک نیروی مغناطیس زدا می شود، بنابراین تثبیت کننده های حرارتی باید در فیکسچر اعمال شوند تا باعث بازتولید ضریب نفوذپذیری حرارتی شوند. این اتفاق باعث می شود که از هدر رفتن شار های مغناطیسی پایدار جلوگیری شود.

2)    آیا شار مغناطیسی آهنربا با کاهش دمای آهنربا (مثلاً حدود -60 درجه سانتی گراد) افزایش می یابد؟
بله، اثر دما بر روی آهنرباها تا محدوده ی مثبت و منفی 100 درجه سانتی گراد، نسبتاً خطی است. در دماهای پایین مدار الکترون ها کوتاه می شوند و در آهنربا شار مغناطیسی افزایش می یابد. آهنرباهای سرامیکی در این مورد استثنا هستند.

3)    چگونه یک آهنربا تثبیت حرارتی می شود؟ چه موقع این کار را باید با آهنربا انجام داد و چه منافعی دارد؟ در حقیقت چه تغییری در آهنربا ایجاد می کند؟
این عمل به این معناست که آهنربا را در طی زمانی مشخص در معرض حرارتی مشخص قرار دهیم. این روند برای آماده کردن آهنربا در برابر تغییرات برگشت ناپذیر (که در اثر افزایش دمای آهنربا اتفاق می افتد) می باشد. عمل تثبیت حرارتی در واقع اطمینانی برای آهنربا در مقابل دماهای بالا است. انجام این روند برای مواردی که آهنربا مرتب در معرض حرارت است، واقعاً پیشنهاد می شود.
در اصل 2 تغییر در آهنربا پس حرارت دیدن می تواند ایجاد شود: برگشت پذیر و برگشت ناپذیر. تغییرات مغناطیسی برگشت پذیر تنها در زمانی که حرارت وجود دارد و باعث گرم شدن آنربا شده است، وجود دارد و پس از سرد شدن آهنربا به طور کامل به حالت طبیعی خود باز می گردد.
تغییرات بازگشت ناپذیر در دماهای بالاتر اتفاق می افتد و پس از برگشت به دمای اولیه این تغییرات باقی خواهد ماند. تنها با دوباره مغناطیده کردن آهنربا این تغییرات جبران می شود.
برای مثال آهنربایی در حالت عادی و دمای اتاق 1000 گاوس شار تولید می کند. این آهنربا را تا 200 درجه سانتی گراد حرارت می دهیم، در آن دما 850 گاوس تولید می کند.پس از سرد کردن آهنربا تا دمای اتاق، آهنربا 950 گاوس تولید می کند. یعنی 50 گاوس اتلاف شار داشته ایم. اگر آهنربا مجدد به 200 درجه برسد باز همان 850 گاوس را از خود تولید خواهد کرد. اگر دما را بالاتر ببریم اتلاف بیشتری رخ می دهد. میزان این تلفات برگشت ناپذیر به عوامل زیادی بستگی دارد، از جمله نوع آهنربا، شکل آهنربا، دمایی که تحمل می کند و مدت زمانی که در معرض آن دما است.
نکته ی دیگری که در مورد تثبیت حرارتی باید در ذهن داشت، آهنربا در اغلب موارد باید در حین این روند، ایزوله باشد و نباید در داخل کوره به صورت جمعی باشند. به این معنا که باید هر آهنربا را تک تک داخل کوره برای انجام عملیات تثبیت حرارتی قرار داد.

4)    زمانی که دمای یک آهنربا بالا یا پایین می رود چه بر سر آهنربا می آید؟
زمانی که صحبت از افزایش و کاهش دمای آهنربا می شود، این تغییرات نسبت به دمای اتاق سنجیده می شود. باری درک بهتر تاثیرات دما بر روی آهنربا نیاز است که ساختار مولکولی ماده ی آهنربا را بشناسیم. اتم ها دارای هسته ای در مرکز و مدار الکترون در اطراف هسته می باشند. زمانی که دمای آهنربا زیاد می شود، فاصله ی هسته تا مدار الکترون ها افزایش می یابد و باعث می شود که تاثر این 2 بخش بر روی هم کم شود؛ بنابراین خاصیت مغناطیسی آهنربا کاهش می یابد.