پرسش و پاسخ

  1. چگونه می‌توان قطب‌های آهنربا را شناسایی کرد؟
  2. آیا یک قطب از دیگری قوی‌تر است؟
  3. قوی‌ترین نوع آهنربا کدام است؟
  4.  " مغناطیسی شده در ضخامت" به چه معنی است؟
  5. آهنرباها چه موادی را جذب می‌کنند؟
  6. از چه موادی می‌توان برای مسدود کردن میدان‌های مغناطیسی یا محافظت در مقابل آنها استفاده کرد؟
  7. آیا می‌توانید آهنرباهای تک‌قطبی تهیه کنید؟
  8.  آیا می‌توانید یک آهنربای دیسکی/ استوانه‌ای / حلقه‌ای/ کره‌ای با یک قطب در قسمت بیرونی و قطب دیگر در داخل آن تهیه کنید؟
  9. آیا جمع شدن آهنربا‌ها در کنار هم آنها را قوی‌تر می‌کند؟
  10. قدرت یک آهنربا چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟
  11. نیروی کشش آهنربا چگونه تعیین می‌شود؟
  12. من از محاسبه‌گر آنلاین دیگری برای نیروی کشش آهنربا استفاده می‌کنم. چرا مقدار نیروی کششی که این محاسبه‌گر نشان می‌دهد با مقدار محاسبه‌گر نیروی کشش مغناطیسی K&J متفاوت است؟
  13.  آیا یک آهنربا با نیروی کشش 20 پوند، یک جسم 20 پوندی را بالا می‌برد؟
  14.  آیا می‌توانید منحنی‌های BH یا منحنی‌های مغناطیس‌زدایی را برای آهنرباهایتان ارائه کنید؟
  15. میدان مغناطیسی به چه صورت است؟
  16. آهنرباها در واقعیت چگونه کار می‌کنند؟
  17. آهنرباهای نئودیمیوم چه نوع موادی‌اند؟ آیا آنها همان "خاک‌های کمیاب" هستند؟
  18. آهنرباهای نئودیمیوم از چه چیزی و چگونه ساخته می‌شوند؟
  19.  رتبه یا درجه بندی "N" در آهنرباهای نئودیمیوم به چه معنی است؟
  20. آیا می‌توان آهنرباهای نئودیمیوم را برش داد و یا مته‌کاری یا ماشینکاری کرد؟

1- چگونه می‌توان قطب‌های آهنربا را شناسایی کرد؟

چند روش ساده برای شناسایی قطب (علمی) شمال و جنوب آهنرباهای نئودیمیوم وجود دارد:

1) ساده‌ترین راه استفاده از آهنربای دیگری است که از قبل نشانه‌گذاری شده باشد. قطب شمال آهنربای نشانه شده به قطب جنوب آهنربای بدون نشانه جذب می‌شود.

2) اگر چند زوج آهنربا را برداشته و یک رشته نخ از وسط آنها عبور دهید و سپس آنها را آویزان کنید تا آزادانه بتوانند روی رشته بچرخند، قطب شمال آهنرباها در نهایت به سمت شمال قرار خواهد گرفت. این امر در واقع با قاعده "جذب قطب مخالف" در مغناطیس مغایرت دارد، اما نامگذاری قطب‌ها از گذشته به صورت قطب "به سمت شمال" و قطب "به سمت جنوب" به ما رسیده و به مرور زمان به قطب "شمال" و "جنوب" که ما می‌شناسیم خلاصه شده است.

3) اگر قطب نمایی در دستتان باشد، انتهای سوزن که به طور طبیعی به سمت شمال می‌گردد، به قطب جنوب آهنربای نئودیمیوم جذب می‌شود.

4) از یکی از دستگاههای شناسایی‌کننده قطب ما استفاده کنید.

(لطفا توجه داشته باشید: در برخی از مصارف درمانی مغناطیس، تعاریف قطب‌ها برخلاف تعریف علمی‌ است که در بالا توضیح داده شد. لطفاً قبل از استفاده از آهنربا برای مصارف پزشکی، تعریف مناسب قطب‌ها را تأیید کنید.)

همچنین مقاله ما تحت عنوان "کدام قطب شمال است؟" را بخوانید.

2- آیا یک قطب از دیگری قوی‌تر است؟

خیر، هر دو قطب به یک اندازه قوی هستند.

3- قوی‌ترین نوع آهنربا کدام است؟

آهنرباهای نئودیمیوم (دقیق‌تر نئودیمیم-آهن-بور) قوی‌ترین آهنرباهای دائمی ‌جهان هستند.

4- " مغناطیسی شده در ضخامت" به چه معنی است؟

ما از توصیف " مغناطیسی شده در ضخامت" استفاده می‌کنیم تا مکان قطب‌های موجود در آهنرباهای بلوکی خود را مشخص کنیم. ضخامت همیشه آخرین بعد ذکر شده برای آهنرباهای بلوکی است. اگر یکی از آهنرباهای بلوکی ما را روی یک سطح هموار قرار دهید به نحوی که ضخامت به عنوان بُعد عمودی قرار گیرد، قطب‌ها در بالا و پایین آهنربا قرار خواهند گرفت. به عنوان مثال: ابعاد بلوک‌های BX082 8/۱×2/1×1 اینچ است. اگر یکی از بلوک‌ها روی سطح هموار قرار دهید به نحوی که بعد 8/1 اینچی به صورت عمودی قرار گیرد، قطب‌ها در بالا و پایین آهنربا قرار خواهند داشت. یعنی  قطب‌ها در وسط اضلاع ۱×2/1 اینچی قرار می‌گیرند. برای دیدن دستورات آهنربایی کردن اینجا را کلیک کنید.

5- آهنرباها چه موادی را جذب می‌کنند؟

مواد فرومغناطیسی توسط نیروی مغناطیسی به شدت جذب می‌شوند. عناصر آهن (Fe)، نیکل (Ni) و کبالت (Co) متداول‌ترین عناصر موجودند. فولاد ماده‌ای فرومغناطیسی است زیرا آلیاژی از آهن و سایر فلزات است.

6- از چه موادی می‌توان برای مسدود کردن میدان‌های مغناطیسی یا محافظت در مقابل آنها استفاده کرد؟

میدان‌های مغناطیسی را نمی‌توان مسدود کرد ولی می‌توان آنها را به مسیر دیگری هدایت کرد. تنها موادی می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را هدایت کنند که فرومغناطیسی باشند (جذب آهنربا شوند)، مانند آهن، فولاد (که حاوی آهن است)، کبالت و نیکل. میزان تغییر مسیر متناسب با نفوذپذیری مواد است. کارآمدترین ماده محافظ، گروه نیکل 80 است و پس از آن، گروه نیکل 50 .

7- آیا می‌توانید آهنرباهای تک‌قطبی تهیه کنید؟

خیر، نه ما، بلکه هیچ کس نمی‌تواند چنین کاری انجام دهد، زیرا چنین آهنرباهایی وجود ندارند. همه آهنرباها باید حداقل دو قطب داشته باشند.

8- آیا می‌توانید یک آهنربای دیسکی/ استوانه‌ای / حلقه‌ای/ کره‌ای با یک قطب در قسمت بیرونی و قطب دیگر در داخل آن تهیه کنید؟

شکل‌های دیسکی، استوانه‌ای و کره‌ای به طور قطع نمی‌توانند از این طریق ساخته شوند. حلقه‌های مغناطیسی که به این روش آهنربایی می‌شوند تحت عنوان "مغناطیس شدید" شناخته می‌شوند، اما در حال حاضر تولید آهنرباهای حلقه‌ای نئودیمیوم به این روش امکان پذیر نیست. اما در حال کار بر روی آن هستیم.

9- آیا جمع شدن آهنربا‌ها در کنار هم آنها را قوی‌تر می‌کند؟

بله، دو یا چند آهنربا که در کنار هم قرار داده شوند دقیقاً مانند یک آهنربای واحد با قدرتی برابر مجموع قدرت آنها رفتار می‌کنند. به عنوان مثال، اگر شما دو آهنربای دیسکی D82 ما را کنار هم قرار دهید تا یک آهنربای 2/1×4/1 اینچ تشکیل شود، این دو آهنربا قدرت یکسانی دارند و همانند دیسک‌های D84 ما رفتار می‌کنند که دارایابعاد 2/1×4/1 اینچ‌اند.

10- قدرت یک آهنربا چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

از گاوسومتر برای اندازه‌گیری چگالی میدان مغناطیسی در سطح آهنربا استفاده می‌شود. به این چگالی میدان سطحی گفته می‌شود و واحدش گاوس (یا تسلا) است. از دستگاه‌های تست نیروی کشش نیز برای تست نیروی کشش آهنربای در تماس با یک صفحه فولادی مسطح استفاده می‌شود. نیروی کشش به پوند (یا کیلوگرم) اندازه‌گیری می‌شود.

11- نیروی کشش آهنربا چگونه تعیین می‌شود؟

تمام مقادیر نیروی کششی که ما تعیین می‌کنیم در آزمایشگاه آزمایش شده‌اند. ما این آهنربا‌ها را تحت دو سناریو آزمایش می‌کنیم. سناریوی اول حداکثر نیروی کششی است که بین یک آهنربای منفرد و یک صفحة فولادی ضخیم، ثابت و مسطح ایجاد می‌شود. سناریوی دوم حداکثر نیروی کششی است که با یک آهنربای واحد بین دو صفحه فولادی ضخیم، ثابت و مسطح ایجاد می‌شود. سناریوی سوم حداکثر نیروی کشش ایجاد شده روی آهنربایی است که به یک آهنربای دیگر از همان نوع جذب می‌شود.

این مقادیر میانگین 5 نمونه برای هر آهنربا است. یک نیروسنج دیجیتال نیروی کشش روی آهنربا را ثبت می‌کند. صفحات کشیده می‌شوند تا آهنربا از یکی از آنها جدا شود. بالاترین مقدار به عنوان "نیروی کشش" ثبت می‌شود. در صورت استفاده از فولادی که نازک‌تر، روکش‌شده یا دارای سطح ناهموار یا زنگ‌زده باشد، ممکن است نیروی کشش موثر با مقدار ثبت شده در آزمایشگاه ما متفاوت باشد.

12- من از محاسبه‌گر آنلاین دیگری برای نیروی کشش آهنربا استفاده می‌کنم. چرا مقدار نیروی کششی که این محاسبه‌گر نشان می‌دهد با مقدار محاسبه‌گر نیروی کشش مغناطیسی K&J متفاوت است؟

بسیاری از محاسبه‌گر‌های آنلاین دیگر مبتنی بر فرمول‌های نظری هستند، که به ویژه در اندازه‌های بسیار بزرگ یا بسیار کوچک به طرز افتضاحی نادرست هستند. مهندسین متعصب ما مدت زیادی در آزمایشگاه در حال ساخت محاسبه‌گر‌های آنلاین بوده‌اند که براساس هزاران مورد آزمایش عملکرد بسیار دقیقی د‌ارند. محاسبه‌گر‌های نیروی کشش و‌تراکم میدان مغناطیسی ما را می‌توان در اینجا یافت: محاسبه‌گر مغناطیسی K&J.

13- آیا یک آهنربا با نیروی کشش 20 پوند، یک جسم 20 پوندی را بالا می‌برد؟

از آنجا که مقادیر نیروی کشش تحت شرایط آزمایشگاهی آزمایش می‌شوند، احتمالاً در شرایط واقعی به همان نیروی نگهدارنده دست نمی‌یابید. در صورتی که آهنربای تماس یکنواختی با سطح فلز نداشته باشد، یا عمود بر فولاد نباشد یا به فلزی متصل شود که از ضخامت ایده‌آل نازکتر باشد یا روکش سطحی داشته باشد و یا عوامل دیگری وجود داشته باشد. نیروی کشش مؤثر کاهش یابد.

14- آیا می‌توانید منحنی‌های BH یا منحنی‌های مغناطیس‌زدایی را برای آهنرباهایتان ارائه کنید؟

بله، ما منحنی‌های مغناطیس‌زدایی را برای رایج‌ترین نمرات آهنربای نئودیمیم در همین جا قرار داده‌ایم.

15- میدان مغناطیسی به چه صورت است؟

روش سنتی نشان دادن میدان‌های مغناطیسی قرار دادن آهنربا در نزدیکی سطحی است که با براده‌های آهنی پوشانده شده است. اگر شما برخی از آهنرباهای ما را دارید، این آزمایش خوبی برای اجرا است! در ضمن، ما با استفاده از نرم افزار  Finite Element Analysis یک سری تصاویر تهیه کرده‌ایم که می‌توانید در اینجا مشاهده کنید.

16- آهنرباها در واقعیت چگونه کار می‌کنند؟

این سوال خیلی جالبی است. واقعاً پاسخ به آن کمی‌سخت است. همانطور که فیزیکدان بزرگ مرحوم ریچارد فاینمن یک بار گفت: "چه مقدار توضیح شما را راضی می‌کند؟" برای تماشای مشقت وی برای پاسخ به این سؤال در یوتیوب این را مشاهده کنید: Feynman: How do Magnets Work. 

اگر جزئیات بیشتری بخواهید ویدئوی  How Special Relativity Makes Magnets Work به‌خوبی توضیح می‌دهد که چرا آهنربای الکتریکی به آهن جذب می‌شود.

ویدئوی بعدی با عنوان MAGNETS: How Do They Work? بیشتر در مورد آهنرباهای دائمی ‌است و به این موضوع می‌پردازد که چگونه آهنربای دائمی ‌بدون این که ظاهراً هیچ جریانی درون آن وجود داشته باشد می‌تواند عملکرد مغناطیسی داشته باشد. به طرز کنایه‌آمیزی، حتی با آن همه جزئیات بعضی مواقع باز می‌گویند: "(چرا؟) کسی چه می‌داند. ما فقط می‌دانیم که کار جهان همینی است که هست" فاینمن آدم با هوشی بود!

17- - آهنرباهای نئودیمیوم چه نوع موادی‌اند؟ آیا آنها همان "خاک‌های کمیاب" هستند؟

آهنرباهای نئودیمیوم عضو خانواده خاکهای کمیاب مغناطیسی هستند. آنها را به این دلیل "خاک کمیاب" می‌نامند که نئودیمیم عضو عناصر " کمیاب" در جدول تناوبی است. آهنرباهای نئودیمیوم قویترین خاصیت آهنربایی را در بین خاکهای کمیاب مغناطیسی داشته و قویترین آهنربای دائمی ‌جهان هستند.

18- آهنرباهای نئودیمیوم از چه چیزی و چگونه ساخته می‌شوند؟

آهنرباهای نئودیمیوم در واقع از نئودیمیم، آهن و بور تشکیل شده‌اند (به آنها آهنرباهای NIB یا NdFeB نیز گفته می‌شود). مخلوط پودر شده تحت فشار زیادی قرار گرفته و به صورت قالب در می‌آید. سپس مادة اولیه زینتر می‌شود (تحت شرایط خلاء گرم می‌شود)، بعد خنک شده و نهایتاً به قطعات کوچکتر خرد یا به شکل‌های دلخواه برش داده می‌شود. در صورت لزوم به آن روکش اضافه می‌شود. سرانجام، با قرار دادن در یک میدان مغناطیسی بسیار قدرتمند بیش از KOe30، آهنرباهای خالی مغناطیسی می‌شوند.

19- رتبه یا درجه بندی "N" در آهنرباهای نئودیمیوم به چه معنی است؟

رتبه یا "درجه بندی "N" در آهنرباها به حداکثر تولید انرژی از ماده تشکیل دهنده آهنربا اشاره دارد، یعنی حداکثر قدرت مغناطیسی که به ماده می‌توان داد. آهنرباهای نئودیمیوم به طور کلی با مقیاس میلیون واحد گاوس اُرستد (MGOe) اندازه‌گیری می‌شوند. یک آهنربا با درجه N42 دارای حداکثر تولید انرژی  MGOe 42 است. به طور کلی هرچه درجه بالاتر باشد، آهنربا قوی‌تر است.

20- آیا می‌توان آهنرباهای نئودیمیوم را برش داد و یا مته‌کاری یا ماشینکاری کرد؟

ترکیب نئودیمیوم بور آهن بسیار سخت و شکننده است، بنابراین ماشین‌کاری در بهترین حالت هم دشوار است. سختی مواد RC46 در مقیاس راک وِل (Rockwell) در رتبه "C" است که سخت‌تر از دریل‌ها و ابزارآلات موجود در بازار است، بنابراین این ابزارها در صورت استفاده روی مواد نئودیمیوم بور آهن (NdFeB) گرم می‌شوند و آسیب می‌بینند. ابزارآلات از جنس الماس، ماشین‌های تخلیه الکترواستاتیک (EDM) و ساینده‌ها روش‌های ارجح برای شکل دادن به مواد آهنربایی نئودیمیوم هستند. ماشین‌کاری آهنرباهای نئودیمیوم فقط باید توسط متخصصین باتجربه‌ای انجام شود که با ریسک و ایمنیِ این کار آشنا هستند. گرمای حاصل از ماشین‌کاری می‌تواند خاصیت آهنربایی را از بین ببرد و یا باعث آتش‌سوزی شود و ایمنی را به خطر بیندازد. پودر خشک تولید شده در هنگام ماشین‌کاری نیز بسیار اشتعال‌پذیر است و برای جلوگیری از احتراق این ماده باید بسیار مراقب بود.