آهنربای میله‌ای: آهنربایی با شکل میله‌ای و دو قطب شمال و جنوب

آهنربای میله‌ای: راز قطب‌های نامرئی

آشنایی با ساختار و ویژگی‌های اصلی

یک آهنربای میله‌ای، در ساده‌ترین حالت، یک شیء ساخته شده از مواد خاص مانند آهن یا فولاد است که به طور دائمی خاصیت مغناطیسی^۱ دارد. شکل آن شبیه به یک میله یا مکعب مستطیل است و دو انتهای آن، که به عنوان قطب‌ها^۲ شناخته می‌شوند، دارای قوی‌ترین نیروی مغناطیسی هستند. این دو قطب را «شمال»^۳ و «جنوب»^۴ می‌نامند. یک اصل بسیار مهم در مغناطیس این است: قطب‌های همنام یکدیگر را دفع می‌کنند و قطب‌های غیرهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند.

برای درک بهتر، فرض کنید دو آهنربای میله‌ای دارید. اگر سعی کنید دو انتهای «شمال» آن‌ها را به هم نزدیک کنید، احساس می‌کنید یک نیروی نامرئی آن‌ها را از هم دور می‌کند. برعکس، اگر انتهای «شمال» یکی را به انتهای «جنوب» دیگری نزدیک کنید، به سرعت به سمت هم کشیده می‌شوند و می‌چسبند.

میدان مغناطیسی و خطوط نیرو

آهنربا حتی در زمانی که چیزی را جذب نکرده است، در فضای اطراف خود یک میدان مغناطیسی^۵ ایجاد می‌کند. این میدان نامرئی است، اما می‌توان آن را با کمک ابزارهایی مشاهده کرد. یک آزمایش ساده این است که یک صفحه کاغذ را روی آهنربا قرار داده و براده‌های آهن را روی آن بپاشید. براده‌ها به شکلی منظم قرار می‌گیرند که خطوط میدان مغناطیسی^۶ را نشان می‌دهند.

چگالی^۷ خطوط میدان را می‌توان با فرمول ساده‌ای نشان داد. اگر $B$ نشان‌دهندهٔ قدرت میدان مغناطیسی باشد، در نزدیکی قطب‌ها مقدار آن بیشتر است: $B_{قطب} > B_{میانه}$. این یعنی نیروی مغناطیسی در انتهای میله قوی‌تر از مرکز آن است.

مواد فرومغناطیس و ساخت آهنربا

آهنرباها تنها روی برخی مواد خاص اثر می‌گذارند. موادی مانند آهن، نیکل و کبالت که به شدت جذب آهنربا می‌شوند، فرومغناطیس^۸ نام دارند. ساخت یک آهنربای میله‌ای نیز روش‌های مختلفی دارد. یکی از روش‌های ساده، «مالش» است. اگر یک میله فولادی را بارها و در یک جهت ثابت با یک آهنربای قوی مالش دهید، میله فولادی نیز به یک آهنربا تبدیل می‌شود. در این فرآیند، حوزه‌های مغناطیسی کوچک درون فلز هم‌راستا می‌شوند.

آهنربا در زندگی روزمره و فناوری

شاید جالب باشد که بدانید آهنربای میله‌ای و اصول آن در بسیاری از وسایل اطراف ما وجود دارد. ساده‌ترین مثال، در یخچال است که برای بستن در به کار می‌رود. در اسباب‌بازی‌های ساختمان‌سازی، قطعات با آهنربا به هم متصل می‌شوند. اما کاربردهای آن بسیار فراتر از اینهاست.

در قطب‌نما، یک آهنربای کوچک سوزنی شکل که می‌تواند آزادانه بچرخد، همیشه خود را در راستای شمال و جنوب مغناطیسی زمین قرار می‌دهد. این به خاطر میدان مغناطیسی خود کرهٔ زمین است. در بلندگوها نیز یک آهنربای دائمی و یک آهنربای الکتریکی وجود دارد که با برهم‌کنش بین آن‌ها، صفحهٔ بلندگو به ارتعاش درآمده و صدا تولید می‌کند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱ مغناطیسی (Magnetic): خاصیتی که باعث جذب یا دفع اجسام خاص می‌شود.
^۲ قطب‌ها (Poles): نقاطی در آهنربا که شدت میدان مغناطیسی در آن‌ها بیشینه است.
^۳ شمال (North - N): قطبی که به سمت قطب شمال جغرافیایی زمین متمایل می‌شود.
^۴ جنوب (South - S): قطبی که به سمت قطب جنوب جغرافیایی زمین متمایل می‌شود.
^۵ میدان مغناطیسی (Magnetic Field): ناحیه‌ای در اطراف آهنربا که در آن نیروی مغناطیسی اثر می‌کند.
^۶ خطوط میدان مغناطیسی (Magnetic Field Lines): خطوطی خیالی که جهت و قدرت میدان مغناطیسی را نشان می‌دهند.
^۷ چگالی (Density): مقدار یک کمیت در واحد حجم یا واحد سطح.
^۸ فرومغناطیس (Ferromagnetic): موادی که به طور قوی جذب آهنربا می‌شوند و می‌توانند به آهنربای دائمی تبدیل شوند.