تبلیغات
علوم سوم راهنمایی - آهنربا2

امروز:

آهنربا2

آهنربای دائمی با کیفیت بالا کاربردهای بسیار زیاد و مهمی در علم و انقلاب تکنولوژیک ، مثلا در اسبابهای اندازه گیری الکتریکی دارند. ولی میدانهایی که توسط آنها ایجاد می‌شود خیلی قوی نیست، اگر چه آلیاژهای مخصوصی که اخیرا بدست آمده‌اند داشتن آهنربای دائمی قوی که خواص مغناطیسی خود را برای مدت مدیدی حفظ کنند امکان پذیر ساخته است. از جمله این آلیاژها ، مثلا فولاد-کبالت است که شامل حدود 50% آهن ، 30% کبالت و مخلوطهایی از تنگستن ، کروم و کربن است.

عیب دیگر آهنربای دائمی این است که القای مغناطیسی آنها نمی‌تواند به سرعت تغییر کنند. از این نظر ، سیملوله‌های حامل جریان (آهنرباهای الکتریکی) بسیار مناسبند. زیرا با تغییر جریان در سیم پیچ سیملوله می‌توان میدان آنها را به آسانی تغییر داد. با قرار دادن هسته آهنی داخل سیملوله ، میدان آن را می‌توان صدها هزار بار افزایش داد. بیشتر آهنرباهای الکتریکی که در مهندسی بکار می‌روند چنین ساختمانی دارند.

ساخت آهنربای الکتریکی ساده

آهنربای الکتریکی ساده را می‌توان در منزل ساخت. کافی است که چندین دور سیم عایق شده‌ای را بر یک میله آهنی (پیچ یا میخ ، بپیچانیم و دو انتهای سیم را به یک منبع dc نظیر انبار ، یا پیل گالوانی وصل کنیم. بهتر است آهن ابتدا تابکاری شود، یعنی ، تا دمای سرخ شدن داغ شود. مثلا در کوره گرم و سپس به آرامی سرد شود. سیم پیچ باید توسط رئوستایی با مقاومت 1W تا 20W به باتری وصل شود، بطوری که جریان مصرف شده از باتری خیلی شدید نباشد. گاهی آهنرباهای الکتریکی شکل نعل اسب را دارند که برای نگه داشتن بار بسیار مناسبترند.

ساختار آهنربای الکتریکی

میدان پیچه با هسته آهنی بسیار قویتر از پیچه بدون هسته است، زیرا آهن درون پیچه شدیدا مغناطیده و میدان آن بر میدان پیچه منطبق است. ولی ، هسته‌هایی آهنی که در آهنرباهای الکتریکی برای تقویت میدان بکار می‌روند، فقط تا حدود معینی مقرون به مساحت‌اند. در واقع ، میدان آهنرباهای الکتریکی عبارت است از برهمنهی میدان حاصل از سیم ‌پیچ حامل جریان و میدان هسته مغناطیده ، برای جریانهای ضعیف ، میدان دوم به مراتب قویتر از میدان اولی است.
وقتی که میدان در سیم پیچ افزایش می‌یابد، ابتدا این دو میدان به یک میزان معینی متناسب با جریان افزایش می‌یابند، بطوری که نقش هسته تعیین کننده می‌ماند. ولی ، با افزایش بیشتر جریانی که از سیم پیچ می‌گذرد، مغناطش آهن کند می‌شود و آهن به حالت اشباع مغناطیسی نزدیک می‌شود. وقتی که عملا تمام جریانهای مولکولی موازی شدند، افزایش بیشتر جریانی که از سیم ‌پیچ می‌گذرد نمی‌تواند چیزی بر مغناطش آهن اضافه کند، در حالی که میدان سیم‌ پیچ به زیاد شدن متناسب با جریان ادامه می‌دهد.
هرگاه جریان شدید از سیم‌ پیچ (برای دقت بیشتر ، در لحظه‌ای که تعداد آمپر ـ دورها در متر به 106 نزدیک می‌شود.) بگذارند، میدان حاصل از سیم ‌پیچ بسیار قویتر از میدان هسته آهنی اشباع شده می‌شود. بطوری که هسته عملا بی‌فایده می‌شود و فقط ساختمان آهنربای الکتریکی را پیچیده می‌کند. به این دلیل ، آهنرباهای الکتریکی ، پر قدرت بدون هسته آهنی ساخته می‌شوند.

آهنربای الکتریکی پر قدرت

تهیه آهنرباهای الکتریکی پرقدرت مسأله انقلاب تکنولوژیک بسیار پیچیده‌ای است. در واقع ، برای اینکه بتوانیم جریانهای بزرگی را بکار بریم، سیم‌پیچها باید از سیم کلفتی ساخته شوند. در غیر این صورت ، سیم‌ پیچ شدیدا گرم و حتی گداخته می‌شود. گاهی بجای سیم از لوله‌های مسی استفاده می‌شود، که در آن جریان نیرومند آب برای خنک کردن سریع دیواره‌های لوله که جریان از آن می‌گذرد گردش می‌کند. ولی با سیم ‌پیچی که از سیم کلفت یا لوله ساخته شده است داشتن تعداد زیادی دور در واحد طول ناممکن است.
از طرف دیگر ، استفاده از سیم نازک تعداد دورهای زیادی را در واحد متر ممکن می‌سازد، نمی‌گذارد تا جریانهای زیاد را بکار بریم. پیشرفت زیادی را در ایجاد میدانهای مغناطیسی بدست آمده به بهره گیری از ابررسانا‌ها در سیم پیچهای مغناطیسها مربوط می‌شود، که بکار بردن جریانهای شدید را مقدور می‌سازد.

تکنیک کاپیتزا

کاپیتزا (P.L. kapitza) فیزیکدان شوروی سابق راه هوشمندانه‌ای را برای بیرون آمدن از این وضع پیشنهاد کرد. او جریانهای عظیم 104 آمپر را برای مدت بسیار کوتاهی حدود 0.01 s از سیملوله‌ای گذرانید. در این مدت ، سیم ‌پیچ سیملوله خیلی شدید گرم نشد، در حالی که میدانهای مغناطیسی کوتاه مدت شدیدی بدست آمده بودند.
البته او وسایل خاصی را ترتیب داد که برای ثبت نتایج آزمایشهایی که در آنها اثر میدان مغناطیسی پرقدرت حاصل در سیملوله برای اجسام گوناگون مورد بررسی قرار می‌گرفتند. در اغلب کاربردهای فنی ، تعداد آمپر ـ دورها در سیم ‌پیچهای آهنرباهای الکتریکی میدانهای نسبتا شدید می‌توان بدست آورد (با القای چند تسلا).


مغناطیس

 

گشتاور دوقطبی مغناطیسی واحد حجم ماده را مغناطش می‌‌گویند.

اگر فرض کنیم که ماده از اتمهای با گشتاور مغناطیسی m_i تشکیل شده باشد، یعنی گشتاور دوقطبی iامین اتم m_i باشد، در این صورت مغناطش به صورت حد نسبت مجموع تمام گشتاور دوقطبی‌های مغناطیسی بر حجم ΔV ، زمانی که ΔV به سمت صفر میل می‌‌کند، تعریف می‌‌شود.

به بیان ریاضی این مطلب به صورت {TEΧ()} {M = \lim_{ΔV \to 0} {1 \over ΔV} \sum_{i} m_i} {TEΧ} بیان می‌‌شود.

 

اطلاعات اولیه

می‌‌دانیم که همه مواد از اتمها ساخته شده‌اند و هر اتم شامل الکترونهای در حال حرکت است. بنابراین مسیر حرکت الکترونها را می‌‌توان مدار الکترونی در نظر گرفت. این مدارها که هر کدام به یک تک اتم محدود است، جریان اتمی ‌نام دارند. جریان اتمی که جریانهای کامل دورانی هستند و منجر به انتقال بار نمی‌‌شوند، اما به هر حال این جریان نیز می‌‌تواند میدان مغناطیسی تولید کند. جریان اتمی مدار کوچک بسته‌ای به ابعاد اتمی ‌است و لذا می‌‌توان آن را به طرز مناسبی به صورت یک دوقطبی مغناطیسی توصیف کرد و چون ماده از تعداد زیادی اتم تشکیل شده است، لذا در حالت کلی برای هر ماده می‌‌توان یک گشتاور دوقطبی کلی به نام مغناطش تعریف کرد که نماینده گشتاور دوقطبی مغناطیسی کل ماده است.
در رابطه ارائه شده برای مغناطش ، فرایند حد همان فرایند حد ماکروسکوپی معمولی است و ΔV را از دید ماکروسکوپی خیلی کوچک می‌‌کنیم، اما نه آنقدر کوچک که از لحاظ آماری تعداد زیادی اتم نداشته باشد. در این صورت کمیت M یک تابع برداری نقطه‌ای خواهد بود. اگر چنانچه ماده نامغناطیده باشد، چون جهت m_iها کاملا کاتوره‌ای است، بنابراین \sum m_i صفر می‌‌شود و لذا مغناطش کل صفر خواهد بود.

ماده در میدان مغناطیسی خارجی

اگر چنانچه ماده‌ای را در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار دهیم، صرف نظر از اینکه ماده مغناطیده باشد (M \ne 0) یا نامغناطیده (M = 0) باشد، در میدان خارجی گشتاور دوقطبی‌های m_i در اثر میدان مغناطیسی خارجی می‌‌چرخند تا با میدان همسو شوند. بنابراین M دیگر صفر نخواهد بود. این فرایند شبیه فرایند قطبش در مواد دی الکتریک است. در آنجا میدان الکتریکی خارجی سبب همسو شدن گشتاور دو قطبی‌های الکتریکی با میدان می‌‌شود.

جریان مغناطش

از دیدگاه ماکروسکوپی می‌‌توان تمام اثرهای مغناطیسی مربوط به ماده را بطور مناسبی برحسب M و مشتقات آن بیان کرد. یکی از این مشتقات \nabla x M می‌‌باشد. این کمیت با یک چگالی جریان انتقالی که بتواند همان میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط M را بوجود آورد، معادل است. این چگالی جریان را چگالی جریان مغناطش می‌‌گویند.

اهمیت مغناطش

برای محاسبه میدان مغناطیسی حاصل از مواد مغناطیسی ، مغناطش نقش فوق‌العاده زیادی دارد، یعنی در واقع مغناطش نماینده جسم مغناطیسی است. به عنوان مثال ، محاسبه میدان مغناطیسی حاصل از یک ماده مغناطیده در فاصله r از این ماده ، ابتدا کمیتی به نام پتانسیل برداری محاسبه می‌‌شود. پتانسیل برداری به صورت مجموع دو رابطه انتگرالی بیان می‌‌شود. یک انتگرال حجمی ‌که برحسب چگالی جریان مغناطش نوشته می‌‌شود و یک انتگرال سطحی که برحسب چگالی سطحی جریان مغناطش (جریان مغناطش در واحد طول که در لایه سطحی ماده جاری می‌‌شود) که به صورت M x n تعریف شده، بیان می‌‌گردد. در این رابطه n بردار یکه عمود بر سطح است.
نکته دیگری که برای اهمیت مغناطش می‌‌توان به آن اشاره کرد، در تعریف شدت میدان مغناطیسی است. معمولا در مورد هر ماده مغناطیسی یک کمیت نرده‌ای به نام پذیرفتاری مغناطیسی تعریف می‌‌شود. اگر این کمیت را با χ_m نشان دهیم و شدت میدان مغناطیسی را با H بیان کنیم، در این صورت در بیشتر موارد یک رابطه خطی بین H و M برحسب χ_m بیان می‌‌شود، یعنی اگر ماده همسانگرد و درعین حال خطی باشد، در این صورت خواهد بود.


نوشته شده در : دوشنبه 10 آبان 1389  توسط : محمد ارجمند.    نظرات() .

How do you treat a sore Achilles tendon?
شنبه 1 مهر 1396 07:16 ب.ظ
Greetings! I know this is kinda off topic but I was wondering which blog platform are you
using for this site? I'm getting fed up of Wordpress because I've had problems
with hackers and I'm looking at options for another platform.
I would be awesome if you could point me in the direction of a good
platform.
Can exercise increase your height?
دوشنبه 27 شهریور 1396 06:21 ب.ظ
I have fun with, lead to I discovered exactly what I was looking for.
You have ended my four day long hunt! God Bless you man. Have a nice day.
Bye
What do you do when your Achilles tendon hurts?
یکشنبه 26 شهریور 1396 11:58 ب.ظ
I do not even know how I ended up here, but I
thought this post was great. I don't know who you are but definitely
you're going to a famous blogger if you aren't already ;) Cheers!
How you can increase your height?
سه شنبه 14 شهریور 1396 08:20 ب.ظ
I feel that is among the so much significant info for me.
And i am happy reading your article. But wanna statement on some basic issues, The web
site taste is great, the articles is in point of fact great :
D. Good job, cheers
Foot Issues
دوشنبه 16 مرداد 1396 06:01 ق.ظ
May I simply say what a comfort to discover a person that genuinely knows what they are discussing over the
internet. You actually know how to bring a problem to light and make it important.
More people must check this out and understand this side of the
story. I was surprised you aren't more popular because you definitely
have the gift.
careyfishe.hatenablog.com
یکشنبه 15 مرداد 1396 02:29 ب.ظ
I loved as much as you'll receive carried out right here.

The sketch is tasteful, your authored material stylish.
nonetheless, you command get bought an shakiness over that
you wish be delivering the following. unwell unquestionably
come more formerly again as exactly the same nearly very often inside case you shield this increase.
How do you get taller in a day?
شنبه 14 مرداد 1396 01:07 ق.ظ
I think the admin of this site is genuinely working hard in support
of his website, because here every stuff is quality based information.
chaturbate token currency hack
پنجشنبه 12 مرداد 1396 09:11 ب.ظ
I am in fact thankful to the owner of this web page who has shared this great piece of writing at here.
Foot Complaints
یکشنبه 8 مرداد 1396 02:30 ق.ظ
Asking questions are really pleasant thing if you are not
understanding something completely, however this article offers
nice understanding even.
Shasta
دوشنبه 25 اردیبهشت 1396 01:43 ق.ظ
My partner and I stumbled over here different web address and thought I should check things out.
I like what I see so now i'm following you. Look forward to checking out
your web page for a second time.
manicure
یکشنبه 20 فروردین 1396 06:56 ب.ظ
Thank you for the good writeup. It in fact was a amusement account it.
Look advanced to far added agreeable from you!

By the way, how can we communicate?
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر