آهنربای موقت: ماده‌ای که فقط در حضور میدان مغناطیسی خارجی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کند

آهنربای موقت: راز مواد فرّاری که مغناطیس می‌شوند

آهنربای موقت چیست؟

یک آهنربای موقت، ماده‌ای است که تنها زمانی یک آهنربا محسوب می‌شود که در داخل یا نزدیکی یک میدان مغناطیسی قرار گیرد. به محض حذف میدان خارجی، این ماده بیشتر خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهد. این رفتار، نقطه‌ی مقابل آهنرباهای دائمی مانند آهنرباهای یخچال است که برای سال‌ها مغناطیس^۴ خود را حفظ می‌کنند.

یک مثال ساده: یک میخ آهنی ساده را در نظر بگیرید. به خودی خود، این میخ هیچ خاصیت جذبی ندارد و نمی‌تواند سنجاق‌ها را جمع‌آوری کند. اما اگر آن را برای چند دقیقه به یک آهنربای دائمی قوی بمالید، متوجه خواهید شد که میخ تبدیل به یک آهنربا شده و می‌تواند سنجاق‌ها را به خود جذب کند. این یک آهنربای موقت است! خاصیت مغناطیسی آن موقتی است و پس از مدتی از بین می‌رود.

تفاوت آهنربای موقت و دائمی

درک تفاوت بین این دو نوع آهنربا برای تسلط بر موضوع بسیار مهم است. جدول زیر این تفاوت‌ها را به وضوح نشان می‌دهد:

مواد سازنده آهنرباهای موقت

همه مواد نمی‌توانند به یک آهنربای موقت خوب تبدیل شوند. موادی که به راحتی مغناطیسی می‌شوند و به راحتی نیز خاصیت خود را از دست می‌دهند، کاندیدای ایده‌آلی هستند. این مواد اغلب "فرومغناطیس^۸ نرم" نامیده می‌شوند.

مکانیسم فیزیکی: حوزه‌های مغناطیسی چگونه کار می‌کنند؟

برای درک علت رفتار آهنرباهای موقت، باید با مفهوم "حوزه‌های مغناطیسی" آشنا شویم. در یک ماده فرومغناطیس مانند آهن، اتم‌های کوچک خود مانند آهنرباهای ریزی با قطب شمال و جنوب هستند. گروه‌هایی از این اتم‌ها که هم‌جهت شده‌اند، یک حوزه مغناطیسی تشکیل می‌دهند.

در حالت عادی، این حوزه‌ها جهت‌های تصادفی دارند و اثر یکدیگر را خنثی می‌کنند، بنابراین ماده به طور کلی خاصیت مغناطیسی ندارد.

در یک ماده "نرم" (آهنربای موقت)، مرزهای حوزه به راحتی جابجا می‌شوند. بنابراین با اعمال یک میدان خارجی کوچک، به سرعت هم‌جهت می‌شوند. اما از آنجایی که این پیوند ضعیف است، به محض حذف میدان خارجی، حوزه‌ها به دلیل تنش‌های داخلی و انرژی گرمایی، دوباره به حالت تصادفی اولیه برمی‌گردند و ماده خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهد. نیروی مورد نیاز برای مغناطیسی کردن یک ماده را $H_c$ یا "نیروی وادارندگی"^۱۰ می‌نامند که در مواد نرم بسیار پایین است.

کاربردهای آهنربای موقت در فناوری و زندگی روزمره

شاید جالب باشد که بدانید آهنرباهای موقت نقش بسیار پررنگ‌تری نسبت به آهنرباهای دائمی در فناوری مدرن دارند. کنترل پذیری آن‌ها (قابلیت روشن و خاموش کردن) کلید بسیاری از اختراعات است.

آهنربای الکتریکی: این مهم‌ترین کاربرد آهنرباهای موقت است. یک آهنربای الکتریکی ساده از یک سیم پیچ و یک هسته آهنی نرم تشکیل شده است. وقتی جریان الکتریکی از سیم عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی قوی اطراف آن ایجاد می‌شود. این میدان، هسته آهنی را به سرعت مغناطیسی می‌کند و یک آهنربای بسیار قوی ایجاد می‌نماید. به محض قطع جریان، میدان ناپدید شده و هسته آهن خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهد. از این پدیده در جرثقیل‌های غول‌پیکر برای بلند کردن قطعات فلزی ضایعاتی، در زنگ‌های الکتریکی مدرسه، در قفل‌های الکترومغناطیسی درب‌ها و حتی در دستگاه‌های ام‌آرآی^۱۱ استفاده می‌شود.

ترانسفورماتورها: ترانسفورماتورها که برای افزایش یا کاهش ولتاژ جریان برق استفاده می‌شوند، دارای هسته‌ای از جنس آهن نرم هستند. جریان متناوب در سیم پیچ اولیه، یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می‌کند که دائماً در حال تغییر جهت است. هسته آهنی این میدان متغیر را تقویت می‌کند، اما چون ماده‌ای نرم است، به راحتی جهت خود را تغییر می‌دهد و اجازه می‌دهد انرژی به طور کارآمد به سیم پیچ ثانویه منتقل شود. اگر هسته از جنس یک آهنربای دائمی سخت بود، تغییر جهت سریع حوزه‌ها غیرممکن بود و انرژی زیادی به صورت گرما تلف می‌شد.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱ آهنربای موقت (Temporary Magnet)
^۲ آهنربای الکتریکی (Electromagnet)
^۳ حوزه‌های مغناطیسی (Magnetic Domains)
^۴ مغناطیس: خاصیت مغناطیسی
^۵ مواد نرم (Soft Magnetic Materials)
^۶ مواد سخت (Hard Magnetic Materials)
^۷ مقاومت مغناطیسی (Coercivity)
^۸ فرومغناطیس (Ferromagnetism)
^۹ پرملوی (Permalloy)
^۱۰ نیروی وادارندگی (Coercive Force)
^۱۱ ام‌آرآی (MRI - Magnetic Resonance Imaging)
^۱۲ material: ماده
^۱۳ درمان‌ها: عملیات‌های حرارتی یا مکانیکی
^۱۴ magnetic moments: گشتاورهای مغناطیسی
^۱۵ پارامغناطیس (Paramagnetism)
^۱۶ دمای کوری (Curie Temperature)