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.
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.
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.