آهنربا
آهن ربا ماده ای است که می تواند نیروی قابل توجهی را بر روی مواد دیگر اعمال کند بدون این که تماس واقعی با آنها داشته باشد. نیرویی که آهن ربا اعمال می کند به عنوان نیروی مغناطیسی شناخته می شود و ممکن است یا جذب کند و یا دفع کند. تمام مواد شناخته شده نوعی نیروی مغناطیسی خارج می کنند، اما این نیرو در بیشتر مواد به قدری کوچک است که قابل توجه نیست. در مقایسه با سایر مواد، نیروی مغناطیسی خیلی بزرگ تر است و به مواد دارای آن آهن ربا گفته می شود. خود زمین یک آهنربای عظیم است.
آهنربا جسمی است که میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند و برخی فلزات مانند آهن را به خود جذب می‌کند. هر آهنربا دو ناحیه متمایز به نام «قطب» دارد که در آنها شدت میدان مغناطیسی آهنربا بیشتر از سایر نقاط آن است. یکی از قطب‌ها را «قطب شمال» (یا «قطب شمال‌یاب») و دیگری را «قطب جنوب» (یا «قطب جنوب‌یاب») می‌نامند. دو قطب هم‌نام یکدیگر را دفع و دو قطب ناهم‌نام یکدیگر را جذب می‌کنند. آهنرباها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: «آهنرباهای الکتریکی» که برای ایجاد میدان مغناطیسی به جریان الکتریکی خارجی نیاز دارند و «آهنرباهای دائمی» که برای ایجاد میدان مغناطیسی به توان خارجی نیاز ندارند. منظور از آهنربا در اینجا آهنربای دائمی است. برای ساختن آهنربای دائمی، برخی مواد مانند آهن، نیکل وکبالت را در معرض میدان‌های مغناطیسی قرار می‌دهند تا خاصیت مغناطیسی پیدا کنند. آهنرباهای دائمی دو ویژگی دارند که در کاربردهای آنها نقشی اساسی دارند:
پسماند: وقتی که ماده‌ای در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می‌گیرد تا به آهنربا تبدیل شود، پس از حذف میدان خارجی، مقداری از مغناطش خود را حفظ می‌کند. به این مغناطش باقیمانده در ماده، «پسماند» یا «پسماند مغناطیسی» گفته می‌شود. هرچه پسماند بزرگتر باشد آهنربا قوی‌تر است.
وادارندگی: برای از بین بردن خاصیت مغناطیسی یک آهنربا، باید آن را در معرض میدانی مغناطیسی با جهت مخالف قرار داد. میدان مغناطیسی لازم برای این کار را «وادارندگی» می‌نامند. هرچه وادارندگی بزرگتر باشد آهنربا دائمی‌تر است.
برای کاربردهای گوناگون آهنرباها، به مقادیر مختلفی از پسماند و وادارندگی نیاز هست.
آهنرباهای دائمی در دنیای امروز کاربردهای وسیعی در موتورهای الکتریکی، ژنراتورهای برق، بلندگوها، میکروفون‌ها، حافظه‌های ذخیره اطلاعات و … دارند.
انواع آهن ربا
- آهنرباهای دایمی
برخی از آهن رباها که به عنوان آهنرباهای دایمی شناخته می شوند، خودشان بدون کمک هیچ نفوذ خارجی نیرویی را بر اشیا اعمال می کنند. مگنتیت (ماده معدنی مغناطیسی) سنگ آهن، یک آهن ربای دایمی طبیعی است. آهنرباهای دایمی دیگر را می توان با قرار دادن مواد خاصی در معرض نیروی مغناطیسی ساخت. هنگامی که نیروی مغناطیسی برداشته شود، این مواد خواص مغناطیسی خود را حفظ می کنند. اگر چه خواص مغناطیسی ممکن است در طول زمان و یا در دماهای بالا تغییر کند، اما این مواد به طور کلی مغناطیسی دایمی در نظر گرفته می شوند.
- آهن ربای الکتریکی
آهن رباهای دیگر به عنوان الکترومغناطیسی یا آهن ربای الکتریکی شناخته می شوند. این آهن رباهای الکتریکی از طریق احاطه شدن مواد خاصی با یک سیم پیچ از سیم ساخته می شوند. هنگامی که جریان الکتریکی از میان سیم پیچ عبور می کند، این مواد نیروی مغناطیسی خارج می کنند. وقتی جریان الکتریکی قطع می شود، نیروی مغناطیسی این مواد به نزدیک به صفر پایین می آید. مواد الکترومغناطیسی بدون جریان الکتریکی در سیم پیچ مقدار کمی از خواص مغناطیسی را حفظ می کنند.
تاریخچه
انسان از قرن‌ها پیش از میلاد مسیح آهنربای طبیعی را می‌شناخته‌است. آهنربای طبیعی یک از اکسیدهای آهن (Fe3O4) به نام مگنتیت (Magnetite) است که در برخی معدن‌های آهن یافت می‌شود. در دوران باستان این کانی در منطقه‌ای به نام «مگنزیا» (Magnesia) استخراج می‌شده و کلمه مگنت به معنی آهنربا از نام همین منطقه گرفته شده‌است. در بعضی منابع آمده که مگنزیا منطقه‌ای در استان تسالی در یونان است و در در بعضی دیگر آن را واقع در آسیای صغیر در استان مانیسا در ترکیه کنونی دانسته‌اند. یونانیان دست کم از ۶۰۰ سال پیش از میلاد مسیح که تالس ملطی در نوشته‌هایش به این کانی اشاره کرده آن را می‌شناخته‌اند. نخستین کاربرد آهنربا استفاده از آن در قطب‌نما بود. چینی‌ها از حدود قرن دهم و اروپاییان از حدود قرن دوازدهم میلادی از قطب‌نما استفاده می‌کرده‌اند. این کانی را بعدها «سنگ لودستون» نامیدند که به معنای «سنگ راهنما» است و اشاره به استفاده از آن در قطب‌نما برای جهت‌یابی دارد. در آن دوران انسان هیچ دانشی از طرز کار قطب‌نما و خواص مغناطیسی آهنربا نداشت و این مقوله کاملاً با خرافات آمیخته بود. نخستین تلاش‌ها برای تشخیص خرافات از واقعیت، توسط شخصی به نام «پیتر پِرِگرینوس» (Peter Peregrinus) در قرون وسطی در ایتالیا انجام گرفت. پرگرینوس در خدمت ارتش پادشاه سیسیل بود و ظاهراً در آن جا یک مهندس نظامی بود. او در تحقیقات خود بر روی آهنربا برای نخستین بار از روش مشاهده و آزمایش استفاده کرد. پرگرینوس اولین کسی بود که وجود دو قطب متمایز را در آهنربا کشف کرد و برای اشاره به آنها واژه «قطب» (polus) را ابداع کرد. وی با استفاده از قطعه‌های شناور سنگ لودستون آزمایش‌هایی ساده ترتیب داد و مشاهده کرد که قطعه باریکی از این سنگ همیشه در جهت خاصی قرار می‌گیرد و دو قطب هم‌نام یکدیگر را دفع و دو قطب ناهم‌نام یکدیگر را جذب می‌کنند و نیز این که با مالیدن آهن به کانی لودستون، خود آهن نیز به آهنربا تبدیل می‌شود. وی تمام آنچه تا آن زمان درباره آهنربا شناخته شده بود را به همراه نتیجه تحقیقات مهم‌اش در رساله‌ای گردآوری و در ۱۲۶۹ منتشر کرد.
