آهنربا در زمینه های مختلفی مانند تولید، صنعت خودرو ، سیستم های امنیتی و دستگاه های الکترونیکی، در زندگی روزمره استفاده می شوند. حتی سیاره زمین خود یک آهنربای غول پیکر است، اما گرما چگونه بر آهنرباها تأثیر می گذارد؟ پاسخی است که در این مقاله به آن خواهیم پرداخت.
برای درک چگونگی تأثیر گرما بر آهنربا، لازم است به ساختار اتمی عناصر تشکیل دهنده آن نگاه کنیم. دما بر قدرت جذب آهنربا تأثیر می گذارد. میدان مغناطیسی آهنربایی که در معرض گرما قرار می گیرند، کاهش می یابد زیرا ذرات داخل آهنربا با سرعت فزاینده ای سریع تر و پراکنده تر حرکت می کنند.
گرما بر آهنربا تأثیر می گذارد زیرا حوزه های مغناطیسی آن را مغشوش و ناهماهنگ می کند و باعث کاهش مغناطیس می شود. برعکس، هنگامی که همان آهنربا در معرض دماهای پایین قرار می گیرد، خاصیت مغناطیسی آن بهبود می یابد و قدرتش افزایش می یابد.
علاوه بر قدرت آهنربا، مقاومت در برابر مغناطیس زدایی آن نیز به دما بستگی دارد. به طور کلی با افزایش دما مقاومت در برابر مغناطیس زدایی کاهش می یابد. تنها استثناء، آهنرباهای سرامیکی (فریت) هستند که در دمای پایین راحت تر و در دمای بالا سخت تر مغناطیس خود را از دست می دهند.
واکنش مواد مغناطیسی مختلف به دما متفاوت است. آهنرباهای آلنیکو (Alnico) بهترین پایداری مقاومتی را دارند و پس از آن ساماریوم (SmCo)، نئودیمیوم (NdFeB) و سپس فریت قرار دارند. آهنرباهای نئودیمیوم بالاترین مقاومت را در برابر مغناطیس زدایی دارند، اما بیشتر از بقیه آهنرباها تحت تاثیر دما قرار می گیرد. آهنرباهای Alnico کمترین مقاومت را در برابر مغناطیس زدایی دارند، اما بیشترین مقاومت را در برابر تغییرات دمایی دارند. آلنیکو بالاترین دمای عملیاتی را دارد پس از آن ساماریوم، فریت و سپس نئودیمیوم قرار دارند.
اما همه نمی دانند که چگونه یک آهنربا بر حداکثر دمای قابل استفاده خود تأثیر می گذارد. این امر به ویژه برای آهنرباهای نئودیمیوم مهم است، زیرا تاثیر دما بر مغناطیس زدایی در این نوع آهنربا بالاست. با افزایش ضخامت آهنربا، مقاومت آن در برابر مغناطیس زدایی نیز افزایش می یابد.
این یک واقعیت است که گرما بر آهنرباها تأثیر می گذارد، واقعیتی که آن ها را آسیب پذیر می کند. به عنوان مثال، تأثیر دما بر آهنرباهای نئودیمیم یکی از جالب ترین پدیده ها برای مشاهده و ارزیابی است. در واقع، آزمایشی با آهنرباها وجود دارد، که به طور خاص نحوه واکنش آن ها را هنگام قرار گرفتن در معرض گرمای شدید بررسی می کند.
اصولاً آزمایشی است که برای کودکان مناسب نیست و علاوه بر آن باید با حداکثر اقدامات ایمنی انجام شود. این آزمایش چگونگی تأثیر گرما بر آهنرباها را به ما نشان می دهد. برای این کار به عناصر زیر نیاز خواهیم داشت:
گرما در دو مرحله بر آهنربا تأثیر می گذارد. اولین آزمایش در دمای محیط است. در ابتدا گیره های فلزی را در ظرف پلاستیکی ریخته سپس یکی از آهنرباهای نئودیمیوم را در ظرف گیره فرو برده و تعداد گیره هایی که به آهنربا چسبید را شمارش کنیم.
در ادامه این آزمایش را با آب داغ تکرار می کنیم. هنگام انجام این کار با آب داغ، باید از دستکش و عینک استفاده کرد. حدود یک سوم فنجان آب را در یک قابلمه کوچک گرم کنید تا به دمای 85 تا 100 درجه سانتی گراد برسد. آب باید نزدیک یا در این محدوده دما باشد و از دماسنج برای بررسی مناسب بودن درجه استفاده شود.
با استفاده از گیره های پلاستیکی، آهنربای نئودیمیوم را به آرامی در آب قرار دهید و بگذارید حدود 15 دقیقه بماند. سپس آهنربا با گیره های پلاستیکی برداشته می شود و در ظرف دارای گیره قرار می گیرد. پس از آن، خواهید دید که چند کلیپ جمع آوری شده است.
نتیجه آشکار خواهد بود. آهنربای گرم شده، گیره ها را بلند نمی کند یا به تعداد کمتری نسبت به آزمایش اول بلند می کند، که آشکار می کند که گرما مستقیماً روی قدرت آهنربا تأثیر می گذارد.
افت برگشت پذیر به افت تدریجی عملکرد مغناطیسی یک آهنربا در اثر قرار گرفتن در معرض دماهای نزدیک به حداکثر دمای عملیاتی آن - اما نه بیشتر از آن - اشاره دارد. هنگامی که یک آهنربا دوباره خنک می شود، به همان اندازه قبل از قرار گرفتن در معرض دمای بالا قوی خواهد بود. حداکثر دمای عملیاتی یک آهنربا، دمایی است که در آن آهنربا شروع به تجربه افت های برگشت ناپذیر در عملکرد خود می کند. اگر یک آهنربا افت های برگشت ناپذیر را تجربه کند، به این معنی است که حتی پس از خنک شدن مجدد آهنربا، عملکرد آن ضعیفتر از قبل از گرم شدن باقی خواهد ماند. از لحاظ تئوری، آهنربایی که افت های برگشت ناپذیر را تجربه کرده است، می تواند دوباره مغناطیسی شود و به قدرت اولیه خود بازگردد، اگرچه این یک رویکرد مقرون به صرفه نیست. در نهایت، اگر یک آهنربا افت دائمی را تجربه کند، به این معنی است که تا دمای کوری خود گرم شده است و ساختار حوزه های مغناطیسی آن به طور دائمی تغییر کرده است. هیچ مقدار مغناطیس سازی مجددی نمی تواند آهنربا را پس از رسیدن به این نقطه بازیابی کند.
از آنجا که دمای کوری نشان دهنده از دست دادن شدید خواص مغناطیسی است، بهتر است آهنربا را بر اساس حداکثر دمای کارکرد آن انتخاب کنید تا از کاهش غیرقابل برگشت قدرت مغناطیسی جلوگیری شود. از بین چهار ماده مغناطیسی اصلی، آهنرباهای آلنیکو بالاترین حداکثر دمای کارکرد را دارند. آهنرباهای آلنیکو تا رسیدن به ۵۳۵ درجه سانتی گراد یا ۱۰۰۰ درجه فارنهایت، دچار کاهش عملکرد برگشت ناپذیر نمی شوند. در جایگاه دوم، آهنرباهای ساماریوم کبالت با حداکثر دمای کارکرد ۳۰۰ درجه سانتی گراد یا ۵۷۲ درجه فارنهایت قرار دارند. آهنرباهای سرامیکی در جایگاه سوم با حداکثر دمای کارکرد حدود ۲۵۰ درجه سانتی گراد یا ۴۸۰ درجه فارنهایت قرار دارند. در نهایت، در جایگاه آخر، آهنرباهای نئودیمیوم را می بینیم که حداکثر دمای کارکرد معمول آنها ۸۰ درجه سانتی گراد است. در حالی که آهنرباهای نئودیمیوم استاندارد حداکثر دمای کارکرد ۸۰ درجه سانتیگراد یا ۱۷۶ درجه فارنهایت دارند، آهنرباهای نئودیمیوم دمای بالای جدیدی توسعه یافته اند. این آهنرباهای نئودیمیوم با دمای بالا را می توان با خیال راحت در دماهای تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد یا ۳۰۲ درجه فارنهایت استفاده کرد و برخی از گریدهای خاص آن قادر به عملکرد در دماهای تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد یا ۳۹۲ درجه فارنهایت نیز است.
هنوز دیدگاهی ثبت نشده است.
فلزات خاکی کمیاب (Rare Earth Elements یا REEs) گروهی از ۱۷ عنصر شیمیایی (مانند نئودیمیوم، پرازئودیمیوم، دیسپروزیوم، سریم و لانتانیم) هستند که علی‌رغم نامشان، در پوسته زمین نسبتاً فراوان‌اند، اما استخراج و فرآوری آنها دشوار و پرهزینه است. این عناصر نقش کلیدی در فناوری‌های مدرن دارند و تقاضا برای آنها در سال‌های اخیر به شدت افزایش یافته است.
ایالات متحده توانایی فنی و صنعتی برای تولید آهنرباهای عناصر خاکی کمیاب را دارد. با این حال، در حال حاضر بخش عمده تولید جهانی در چین متمرکز است و آمریکا در حال توسعه زنجیره تأمین داخلی است.
تمرکز اصلی بر محدودیت‌های جدید صادراتی، جنبه‌های قانونی و مطابق با تعهدات بین‌المللی، تاثیرات ژئوپلیتیکی بر صنایع پیشرفته مانند فناوری و انرژی است.
این فرآیند با قرار دادن آهنربا در یک میدان مغناطیسی قوی، مثل دستگاه‌های مغناطیس‌کننده یا الکترومغناطیس‌ها، انجام می‌شود که باعث می‌شود ذرات مغناطیسی داخل آهنربا دوباره هم‌راستا شده و خاصیت مغناطیسی آن احیا شود.
گرما باعث کاهش یا از بین رفتن خاصیت مغناطیسی آهنربا می‌شود، زیرا انرژی گرمایی نظم حوزه‌های مغناطیسی را مختل می‌کند.
