المغناطيس عبارة عن أجسام لها مجال مغناطيسي يجذب معادن معينة ومغناطيسات أخرى. هناك أربعة أنواع رئيسية من المغناطيس: المغناطيس الدائم، والمؤقت، والمغناطيس الكهربائي، والمغناطيس الطبيعي.
مغناطيس دائم
المغناطيس الدائم هو النوع الأكثر شيوعًا من المغناطيس. يمكنهم الاحتفاظ بخصائصهم المغناطيسية إلى أجل غير مسمى دون أي مصدر خارجي للطاقة. تشمل الأمثلة مغناطيس الثلاجة ومغناطيس السيراميك.
المغناطيس الدائم، والذي يمكن أن يكون منتجات طبيعية، والمعروف أيضًا باسم أحجار المغناطيس الطبيعية، أو مصنوع بشكل صناعي (أقوى المغناطيسات هيمغناطيس النيوديميوم)، تحتوي على حلقات تباطؤ واسعة، وإكراهية عالية، وثبات عالي، ومواد يمكنها الحفاظ على مغناطيسية ثابتة بمجرد مغنطتها. في التطبيقات، يعمل المغناطيس الدائم في التشبع المغناطيسي العميق وجزء إزالة المغناطيسية في الربع الثاني من حلقة الغلاف المغناطيسي بعد المغنطة. يجب أن تتمتع المغناطيسات الدائمة بقدر كبير من القوة القسرية Hc، والثبات Br، والحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية (BH) m قدر الإمكان لضمان الحد الأقصى من تخزين الطاقة المغناطيسية والمغناطيسية المستقرة.
هناك عدة أنواع من المغناطيس الدائم
1. مغناطيس النيوديميوم
مغناطيس النيوديميومعبارة عن مغناطيس دائم من النيوديميوم والحديد والبورون وعناصر أخرى. لديهم منتجات طاقة مغناطيسية عالية للغاية وقوة قسرية وهي واحدة من أقوى المواد المغناطيسية الدائمة في العالم.
2. مغناطيس سمكو
مغناطيس سمكوهو نوع من مادة المغناطيس الدائم الأرضية النادرة، مصنوع من السماريوم (Sm) والكوبالت (Co) كمكونات رئيسية، من خلال عملية تعدين المساحيق. إنه يحتوي على منتج طاقة مغناطيسية عالي، وقوة قسرية عالية، واستقرار جيد لدرجة الحرارة، مما يسمح له بالحفاظ على خصائص مغناطيسية جيدة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.
3. مغناطيس النيكو
مغناطيس النيكوتتكون من عناصر كروية. تُستخدم هذه المادة على نطاق واسع كمغناطيس دائم نظرًا لقوتها القسرية العالية وخصائصها المغناطيسية الجيدة. سبيكة حديد تتكون بشكل رئيسي من الألومنيوم (Al)، والنيكل (Ni)، والحديد الكوبالت (Co)، وغيرها من الذهب النزر.
4. الحديديك الملبدة
الفريت الملبد هو نوع من المواد المغناطيسية التي يتم تصنيعها عن طريق تلبيد أكسيد الحديد (بشكل رئيسي Fe₂O₃) وأكاسيد المعادن الأخرى (مثل BaO، SrO، وما إلى ذلك) من خلال عملية السيراميك. إنها تنتمي إلى مادة مغناطيسية صلبة، ولها منتج طاقة مغناطيسية عالية وقوة قسرية، ويمكنها الحفاظ على المغناطيسية بعد انقطاع التيار الكهربائي.
5. مغناطيس مطاطي
A مغناطيس مطاطيعبارة عن مغناطيس ناعم ومرن وقابل للالتواء يتم تصنيعه عن طريق خلط مسحوق المواد المغناطيسية (مثل الفريت أو ندفيب) مع مواد مرنة مثل المطاط أو البلاستيك ثم البثق والتقويم والقولبة بالحقن وغيرها من العمليات. إنها تسمح بمعالجتها بأشكال وأحجام مختلفة ولها مرونة ونعومة معينة.
تصنيف عملية المغناطيس الدائم
1. المستعبدين ندفيب
المستعبدين ندفيب هو مغناطيس مصنوع عن طريق خلط مسحوق ندفيب المغناطيسي والموثق من خلال صب الضغط أو صب الحقن. تتمتع المغناطيسات المستعبدة بدقة أبعاد عالية ويمكن تحويلها إلى مكونات مغناطيسية ذات أشكال معقدة نسبيًا. لديهم أيضًا خصائص القولبة لمرة واحدة والتوجه متعدد الأقطاب.
2. متكلس ندفيب
NdFeB الملبد هو مادة مغناطيسية دائمة عالية الأداء، وتتكون بشكل رئيسي من عنصر Nd الأرضي النادر، والحديد المعدني الانتقالي، والبورون العنصر غير المعدني. يتم تصنيعها بطريقة تعدين المساحيق، بما في ذلك خطوات الخلط والصهر والسحق والضغط والتلبيد والمعالجة الحرارية لهذه العناصر بنسب محددة. يحتوي NdFeB الملبد على منتجات طاقة مغناطيسية عالية للغاية، وثبات عالي، وإكراه عالي، وهو أحد أقوى مواد المغناطيس الدائم المتوفرة حاليًا.
3. حقن مصبوب ندفيب
إن NdFeB المصبوب بالحقن عبارة عن مادة مغناطيسية دائمة خاصة من NdFeB تجمع بين مزايا تقنية القولبة بالحقن والمواد المغناطيسية NdFeB. يتم تصنيع هذه المادة عن طريق خلط المسحوق المغناطيسي NdFeB مع بوليمر جزيئي عالي ثم تصنيع أجزاء مغناطيسية مختلفة ذات شكل معقد من خلال عملية التشكيل بالحقن. لا يحتفظ NdFeB المصبوب بالحقن بالخصائص المغناطيسية العالية لـ NdFeB فحسب، بل يتمتع أيضًا بأداء تشغيل جيد ومقاومة للتآكل.
مجال تطبيق المغناطيس الدائم
للمغناطيس الدائم نطاق واسع من التطبيقات وله خصائص الحفاظ على المغناطيسية، لذلك يتم استخدامه على نطاق واسع في العديد من المجالات، حيث يغطي صناعات ومجالات متعددة.
يستخدم على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل الإلكترونيات والكهرباء والآلات والنقل والمستلزمات الطبية واليومية. مثل المغناطيس الدائم لمكبرات الصوت وأجهزة استقبال الهاتف؛ النظام المغناطيسي للعدادات الكهرومغناطيسية. الأقطاب المغناطيسية في المولدات والمحركات ذات المغناطيس الدائم؛ الأجهزة المغناطيسية الدائمة المستخدمة في صناعة الآلات (مثل الطبطبات المغناطيسية الدائمة للمطاحن السطحية، وما إلى ذلك) وأنظمة التعليق المغناطيسي، والمحامل المغناطيسية؛ أنظمة الفصل المغناطيسي، فصل الخام المغناطيسي، أنظمة تنقية المياه المغناطيسية، المغنطرونات، الأنظمة المغناطيسية لمسرعات البروتون، إلخ.
مغناطيس مؤقت
المغناطيس المؤقت، والمعروف أيضًا باسم المواد المغناطيسية الناعمة أو المغناطيس المؤقت، المغناطيس المؤقت مصنوع من مادة مغناطيسية حديدية يمكن مغنطتها لفترة قصيرة بمجال مغناطيسي خارجي ولكنها ستفقد خصائصها المغناطيسية عند إزالة المجال الخارجي. تتميز هذه المواد بقسر قسري منخفض (أي ضعف القدرة على مقاومة إزالة المغناطيسية)، لذلك يمكن أن تتغير حالتها المغناطيسية بسهولة مع التغيرات في الظروف الخارجية. تشمل المغناطيسات المؤقتة الشائعة المسامير ومشابك الورق، والتي يمكن التقاطها أو تحريكها بمغناطيس قوي.
أداء المغناطيس المؤقت
1. انخفاض الإكراه: من السهل مغنطته وإزالة مغناطيسيته بسهولة.
2. نفاذية مغناطيسية عالية: يمكنها توجيه المجال المغناطيسي وتركيزه بشكل فعال.
3. بقاء منخفض: عند إزالة المجال المغناطيسي الخارجي، يكون الثبات (المغناطيسية المتبقية) منخفضًا جدًا.
4. الموصلية الجيدة: تتمتع بعض المواد المغناطيسية المؤقتة أيضًا بموصلية جيدة.
في أي المجالات يمكن استخدام المغناطيس المؤقت؟
للمغناطيس المؤقت مجموعة واسعة من التطبيقات في الصناعة، والمعدات التقنية، والحياة اليومية، ويستخدم بشكل رئيسي في تصنيع المغناطيسات الكهربائية، والمحولات والمحاثات، وأجهزة الاستشعار ومعدات القياس، والسيارات والفضاء، والمعدات الطبية، وما إلى ذلك.
مغناطيس كهربائي
المغناطيسات الكهربائية هي مغناطيسات مؤقتة يتم إنشاؤها عن طريق تمرير الكهرباء عبر ملف من الأسلاك لإنشاء مجال مغناطيسي قوي. ويستخدم هذا النوع من المغناطيس في العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، مثل المحركات الكهربائية ومكبرات الصوت. يتكون من ملف ونواة حديدية. يتم لف ملف موصل يتوافق مع قوته حول الجزء الخارجي من قلب الحديد. هذا الملف الذي يمر عبره تيار مغناطيسي مثل المغناطيس. ويسمى أيضًا بالمغناطيس الكهربائي. عندما يمر التيار عبر الملف، يتولد مجال مغناطيسي حول قلب الحديد، مما يجعل المغناطيس الكهربائي مغناطيسيًا. عادةً ما نصنعه على شكل شريط أو حافر لتسهيل مغنطة القلب الحديدي. بالإضافة إلى ذلك، من أجل إزالة مغنطة المغناطيس الكهربائي على الفور عند انقطاع التيار الكهربائي، غالبًا ما نستخدم مواد من الحديد الناعم أو السيليكون الصلب مع إزالة مغنطة أسرع لتصنيعه. يكون مثل هذا المغناطيس الكهربائي مغناطيسيًا عند تشغيل الطاقة، وتختفي المغناطيسية بعد إيقاف تشغيل الطاقة.
مبدأ عمل المغناطيس الكهربائي
ينص قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي على أنه عندما يمر تدفق مغناطيسي عبر حلقة موصل، تتولد قوة دافعة كهربائية مستحثة في الحلقة. في المغناطيس الكهربائي، عندما يمر التيار عبر ملف، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا. يتفاعل هذا المجال المغناطيسي مع نواة الحديد، مما يؤدي إلى مغنطة نواة الحديد.
وبعد مغنطة قلب الحديد فإنه يتحول إلى مغناطيس مؤقت له قطب شمالي وقطب جنوبي. تعتمد قوة المجال المغناطيسي على شدة التيار، وعدد لفات الملف، والمادة وشكل القلب.
عندما يكون قلب المغناطيس الكهربائي ممغنطًا، فإنه يجذب أو يصد الأجسام المغناطيسية الأخرى. يمكن التحكم في مغناطيسية المغناطيس الكهربائي عن طريق التحكم في تشغيل وإيقاف التيار. عندما يتوقف التيار، يختفي المجال المغناطيسي ويفقد القلب مغناطيسيته.
يعتمد مبدأ عمل المغناطيس الكهربائي على التفاعل بين التيار والمجال المغناطيسي. يتيح هذا التفاعل للمغناطيسات الكهربائية أن تلعب دورًا مهمًا في العديد من التطبيقات، مثل الرافعات الكهرومغناطيسية، والمحركات، والمرحلات، وصمامات الملف اللولبي، وما إلى ذلك.
ما هي المغناطيسات الكهربائية الموجودة في الحياة؟
هناك العديد من المغناطيسات الكهربائية في حياتنا، وتستخدم على نطاق واسع في الرافعات الكهرومغناطيسية، والأقفال الكهرومغناطيسية، والمرحلات الكهرومغناطيسية، وصمامات الملف اللولبي، ومكبرات الصوت، والألعاب الكهربائية، وقطارات ماجليف، والمولدات الكهربائية، والهواتف، ومعدات التحكم الآلي، وآلات التعبئة والتغليف، والمعدات الطبية، والآلات الغذائية، وآلات النسيج ، إلخ.
تحقق المغناطيسات الكهربائية وظائف مفيدة مختلفة من خلال التحكم في شدة التيار والمجال المغناطيسي، مثل جذب الأجسام الحديدية وصدها، وتحقيق الحركات الميكانيكية مثل الحركة الخطية والدوران والتأرجح، وتلعب دورًا لا غنى عنه في الصناعة والحياة الحديثة.
المغناطيس الطبيعي
المغناطيس الطبيعي هو تلك التي تحدث بشكل طبيعي في الطبيعة ويمكن العثور عليها في رواسب خام الحديد. ويشار إليها أيضًا باسم أحجار المغناطيس أو المغنتيت. يمكنها جذب المعادن المغناطيسية مثل الحديد والنيكل والكوبالت. وهي موجودة في طبيعة الأرض وعادةً ما تتمتع بمغناطيسية قوية. المغناطيس الطبيعي هو أحد أقدم المواد المغناطيسية التي اكتشفها الإنسان واستخدمها.
تم اكتشاف المغناطيس الطبيعي واستخدامه من قبل الإنسان في العصور القديمة، وله تطبيقات مهمة في التاريخ، وخاصة في مجال الملاحة. على سبيل المثال، استخدمت البوصلة الصينية القديمة مغناطيسية المغناطيس الطبيعي للإشارة إلى الاتجاه.
على عكس المغناطيسات الكهربائية الاصطناعية، يتم تحديد مغناطيسية المغناطيس الطبيعي من خلال تركيبها الذري الداخلي وترتيبها الإلكتروني، ولا يلزم وجود مصدر طاقة خارجي للحفاظ على المغناطيسية. ومع ذلك، فإن مغناطيسية المغناطيس الطبيعي ضعيفة نسبيًا وعادةً ما لا تكون قوية وقابلة للتعديل مثل المغناطيس الكهربائي الاصطناعي.
على الرغم من أن معظم المغناطيسات المستخدمة في التكنولوجيا الحديثة هي اصطناعية، إلا أن المغناطيس الطبيعي لا يزال يستخدم في بعض المجالات، كما هو الحال في بعض أنواع التعليم والبحث العلمي، والحرف والديكورات، ومنتجات العلاج المغناطيسي وغيرها لتوضيح مفهوم المجال المغناطيسي.
باعتبارها مادة مغناطيسية قديمة، فإن المغناطيس الطبيعي ليس له مكانة مهمة في التاريخ فحسب، بل لا يزال له أيضًا قيمة تطبيقية معينة في المجتمع الحديث. على الرغم من أن قوتها المغناطيسية ليست قوية مثل المغناطيس الدائم الاصطناعي الحديث، إلا أن جمالها الطبيعي وأهميتها التاريخية الفريدة أكسبتها مكانًا في التعليم والبحث والفن.
خاتمة
تتمتع هذه الأنواع الأربعة من المغناطيس بخصائص واستخدامات فريدة، مما يسمح باستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات المختلفة. سواء كنت تبحث عن مغناطيس دائم، أو مغناطيس مؤقت، أو مغناطيس كهربائي، أو مغناطيس طبيعي، فمن المؤكد أن هناك ما يلبي احتياجاتك!