هل الحديد مغناطيسي؟?

حديد, وهو العنصر الذي يحتل المركز الخامس في وفرة القشرة الأرضية, ليس له ما يماثله من الناحية العلمية, التكنولوجية, والقيم الثقافية. بفضل خصائصه الفيزيائية والكيميائية مثل قدراته على المغنطة وإزالة المغناطيسية. يلعبون دورا هاما في المجتمع الحديث. ولكن ما الذي يجعل الحديد مغناطيسيا؟? هل كل الحديد متساوي في المغناطيسية؟? لذا, في هذه المقالة, سنناقش خصائص المغناطيسية, نوع الحديد المغناطيسي, واستخداماته.

ما هي المغناطيسية?

In trying to determine whether iron is magnetic or not, one has to understand what magnetism means. Magnetism is an electrophysical phenomenon relating to the movement of charges. In simpler terms, it is the force that makes magnets attract or repel certain types of material. Magnetism is at the atomic level and is a by-product of electrons’ behavior in an atom.

Electron negative charge particles orbit in the nucleus of an atom. With their motion, they produce small magnetic fields. In most of the materials, we can see randomly oriented and in fact, counterbalances each other or in simple terms, it is net zero. لكن, in magnetic material, these small magnetic fields co-phase and add up in a vector sense in such a way as to give an overall magnetic resultant.

أنواع المواد المغناطيسية

يمكننا تصنيف المواد إلى فئات مختلفة بناءً على استجابتها للحقول المغناطيسية:

1. المواد المغناطيسية

تعرض هذه المواد مستوى عالٍ من المغنطيسية عند وضعها في مجال مغناطيسي, وهم قادرون على الحفاظ على المغنطيسية حتى لو تم سحب الحقل. وتشمل الأمثلة الحديد, النيكل, والكوبالت. في المواد المغناطيسية, هناك مجالات, هذه هي مناطق اللحظات المغناطيسية في المادة, وعندما تنمو هذه المجالات في مجال مغناطيسي. هذه المحاذاة توفر لهم مغناطيسية قوية: يضمن الاتجاه المتباين للذيل قوتهم المغناطيسية.

2. المواد البارامغناطيسية

هذه المواد لها قسرية منخفضة وتتأثر بشكل سيء فقط بعمليات المغنطة وتزوير المغنطيسية. بعض الأمثلة الألومنيوم و المغنيسيوم. هذا ينشأ إلكترونات غير متوفرة, الذي يصطف مع المجال المغناطيسي المطبق خارجيًا, لكن, thermal energy causes them to demagnetize when the field is withdrawn.

3. المواد المغناطيسية

These materials are neither attracted to magnets nor show any permanent magnetism but are weakly repelled by magnets. نحاس and bismuth are examples of such elements. Demagnetic materials to the applied field, develop induced magnetic fields in the direction opposite to the applied field and hence experience repulsion.

4. أفرو & مواد فيرو

These materials have peculiar magnetic properties owing to the orientation of atomic spins, which tends to be mutually offsetting. بصورة مماثلة, in antiferromagnetic materials, two neighboring atomic spins polarization are in an opposite direction giving no net magnetism. Ferrimagnetic materials are magnetite. They have unequal opposing ferromagnetic materials with weak magnetic properties. يتم استخدام هذه الخصائص في التطبيقات التي تتطلب خصائص مغناطيسية محددة.

لماذا الحديد مغناطيسي?

المغناطيسية الحديد ناتجة عن ترتيب الذرات والإلكترونات. كل ذرة من الحديد التي تشكل المركب تحتوي على إلكترونات غير مكافئة في طبقاتها المدارية الخارجية. هذه الإلكترونات غير المقيدة تسبب لحظات مغناطيسية, أنه في المواد المغنطيسية مثل الحديد يمكن أن يكون في الطور. يحدث هذا المحاذاة بسبب تفاعل التبادل. وهذا يعني أن الحقول تعزز بعضها البعض.

عندما تصل لحظاتهم المغناطيسية المشتركة إلى المستوى الكمي حيث يكون الاستقطاب الساحق قابل للتمييز, ويقال إن المادة قد تم مغناطي. يحدث هذا في الحديد - وهو موقف يظهر فيه المجالات - مناطق محلية من اللحظات المغناطيسية المحاذاة. مع تطبيق مجال مغناطيسي خارجي, تنمو المجالات وتصبح متسقة لزيادة الصورة العامة للمغناطيسية.

الحديد المختلفة وخصائصها المغناطيسية

ليست كل أنواع الحديد المستخدمة مغناطيسية بشكل متساوٍ. ويمكن أن تختلف هذه التركيبة حسب نقائها ووجود عناصر أخرى في الحديد:

1. الحديد النقي: يظهر جاذبية مغناطيسية عالية. إلى جانب ذلك, فهو يجمع مع الفولاذ. وله استخدامات علمية تتطلب خصائص مغناطيسية قوية وثابتة.
2. الحديد الزهر: يحتوي على نسبة كربون أعلى نسبيًا من السبائك الأخرى. لذا, يمكنهم تقليل خصائصه المغناطيسية.
3. فُولاَذ (سبيكة حديدية): فُولاَذ هو مزيج من الحديد والكربون ولكنه يحتوي على مكونات أخرى مثل النيكل أو الكروم ويمكن أن يؤثر على المجال المغناطيسي. على سبيل المثال, يؤدي وجود الكروم في الفولاذ إلى استجابة أضعف للمغناطيسية مقارنة بالأنواع الأخرى.

الخواص المغناطيسية لسبائك الحديد

يرتبط الموضوعان الفرعيان التاليان على وجه التحديد بالخصائص المغناطيسية لسبائك الحديد:

تعتمد معلمات مغنطة التشبع لسبائك الحديد على تكوينها ومعالجتها الحرارية. وفيما يلي بعض الأنواع الرئيسية من سبائك الحديد وخصائصها المغناطيسية:

1. الكربون الصلب: يتميز الفولاذ الكربوني بمغناطيسية عالية بسبب محتواه العالي من الحديد. قد تشمل تطبيقاتها النموذجية قطاعات مثل البناء والآلات.
2. سبائك الصلب: تتغير الخصائص المغناطيسية للمواد المختلفة اعتمادًا على المواد المضافة في تركيباتها. يتم تطوير بعض سبائك الفولاذ بميزات مغناطيسية محسنة وتظهر الأنواع الأخرى مغناطيسية منخفضة.
3. الفولاذ المقاوم للصدأ: وهي أقل مغناطيسية بسبب وجود إضافات مثل الكروم أو النيكل. لذا, أنها تتداخل مع تعبئة اللحظات المغناطيسية.
4. فولاذ الأداة: هذه الفولاذ مصنوعة من أجل القوة. يستخدم كمية كبيرة من الكربون والسبائك وكثيرًا ما يمتلك خصائص مغناطيسية كبيرة.
5. الفولاذ مراوغ: مواد سبيكة عالية القوة مع درجات منخفضة الكربون التي تمتلك أيضًا خصائص مغناطيسية ممتازة.

يمكننا تلخيص هذه الخصائص في الجدول التالي:

سبيكة الحديد	الخصائص المغناطيسية	ملاحظات/القيم الرئيسية
الكربون الصلب	مغناطيسي بقوة.	تشبع مغنطة: ~ 2.15 ر (تسلا).
سبائك الصلب	تختلف الخصائص المغناطيسية مع إضافات.	قابلة للتخصيص للارتفاع (~ 1.5-2.0 ر) أو المغناطيسية المنخفضة اعتمادًا على التطبيق.
الفولاذ المقاوم للصدأ	ضعيف أو غير مغناطيسي.	الحديدي: ~ 0.7 ر; الأوستنيتي: تقريبا غير مغناطيسية.
فولاذ الأداة	مغناطيسي معتدل.	يختلف; ~ 1.0-1.8 ر, اعتمادًا على محتوى الكربون/السبائك.
الحديد الزهر	مغناطيسي ضعيف.	تشبع مغنطة: ~ 1.3-1.4 طن بسبب ارتفاع الكربون والشوائب.
الفولاذ مراوغ	خصائص مغناطيسية قوية.	تشبع مغنطة: ~ 1.6-1.9 ر; مصمم لقوة عالية ومغناطيسية.

درجة حرارة كوري: حدود المغناطيسية

الحديد له خصائص مغناطيسية معينة تعتمد على درجة الحرارة. لذا, في درجات حرارة عالية, تؤثر الطاقة الحرارية على اللحظات المغناطيسية للفرد, جعلها غير صالحة. كل مادة مغناطيسية تحتوي على درجة حرارة محددة تسمى درجة حرارة كوري, أعلاه والتي لن تحتوي هذه المادة على خاصية مغناطيسية دائمة مثل الحديد.

خاصة, تتراوح درجة حرارة الكوري من حوالي 500 إلى 770 درجة مئوية (932 إلى 1418 درجة فهرنهايت) اعتمادًا على المعدن المستخدم في قلب الفريت. في حالة الحديد, درجة حرارة الكوري حوالي 770 درجة مئوية. أعلى من درجة الحرارة هذه, يصبح مغنطيسيًا وبالتالي يمكنه فقط تحمل مغناطيسية ضعيفة ومؤقتة.

تطبيقات الحديد المغناطيسي

الحديد مفيد بسبب خصائصه المغناطيسية عبر قطاعات مختلفة. فيما يلي بعض التطبيقات الرئيسية:

1. المغناطيسات الكهربائية: جوهر الحديد الأساسي في المغناطيسية الكهرومغنسية هو تعزيز مجالها المغناطيسي. هذه لها تطبيقات في المحركات والمولدات وبعض التطبيقات الطبية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي.
2. المحولات والمحاثات: Soft iron cores in transformers and inductors factor in low energy loss while transferring the electrical energy that makes it vital in power grids and electronic gadgets.
3. Data Storage: Hard disks using magnetic iron base materials have applications in Digital information’s conventional storage.
4. بناء: The iron strength and the magnetic features in concrete structures monitor the structure’s stabilities.
5. Magnetic Therapy: There are various forms of iron-based magnets used in other forms of conventional medicine for therapeutic reasons citing benefits such as improved blood flow and relief of pain.

هل كل الحديد ينجذب بشكل طبيعي إلى المغناطيس؟?

Iron as a material is magnetic but not all types of iron are intensely magnetic in their spontaneous conditions. حديد, extracted from the ferrous material, أو, in most cases will contain other minerals or impurities. The first compound whose properties solve the pyramid’s outstanding mystery is magnetite [حديد (ثانيا, III) أكسيد]. It is a natural iron oxide with high magnetic permeability. لذا, people used it in ancient times to build primitive compasses. There are two mutually solid solutions of iron oxides, goethite (α-FeOOH), which is middle magnetic, and hematite (α-Fe2O3), which is weak magnetic.

Pure iron, that is the metal without impurities, reveals its entirely ferromagnetic properties. Iron however has numerous daily applications. It is not pure but we can mix it with other elements. These elements may affect iron’s magnetic properties.

العوامل المساهمة في مغناطيسية الحديد

Here are some of the factors that contribute to iron magnetism;

1. التكوين الإلكتروني: In the metallic ions, the electrons are unpaired, and the magnetic moments thus developed align to produce magnetism.
2. الهيكل البلوري: The BCC is occupation-friendly to magnetic domain formation.
3. Exchange Interaction: Atomic spins lie within domains and make domains effectively exhibit magnetic properties.
4. درجة حرارة كوري: Iron loses magnetism when heated to 770°C or even a little above 770°C; it remains strongly magnetic below this temperature.
5. Impurities/Additives: Such additives such as carbon or chromium can improve or decrease magnetizing capability.

خاتمة

ختاماً, is iron magnetic, iron attracts through physics and chemistry, the heart of technology’s convergence in virtually all of Iron’s applications. Magnetic properties of iron: From its participation in earth’s magnetic field to its functions in the highly advanced black industries today. From construction to electronics, from even navigation, يظل الحديد مادة أساسية ، وبالتالي فهو يستحق أن يتم إدراجه بين أكثر العناصر المغناطيسية على هذا الكوكب الجميل. في إدراك العلم والآثار المترتبة على مغناطيسية الحديد ، لا يحتفل المؤلف بالظاهرة الطبيعية فحسب ، بل يتطلعون إلى ذلك بشكل إيجابي إلى غد أفضل.

الأسئلة الشائعة

1. لماذا لا يوجد حديد مغناطيسي وبعض المعادن الأخرى?

الحديد مادة مغناطيسية, إنه يحتوي على إلكترونات غير متزايدة إلى جانب هيكلها الذري يقلل أيضًا من التداخل بحيث تتماشى اللحظة المغناطيسية مع بعضها البعض على عكس المعادن مثل النحاس أو الفضة., يلغي التأثيرات المغناطيسية.

2. هو الحديد النقي أكثر مغناطيسيًا من الصلب وهو سبيكة من الحديد والكربون?

بالفعل, معظم سبائك الحديد أقل مغناطيسيًا من الحديد النقي. لكن, some types of alloying additions help improve specific magnetic field properties.

3. Can iron lose its magnetism?

نعم, you are right iron can lose its magnetism if we heat it to above the Curie temperature or expose it to strong anti-magnetic fields.

4. What is the difference between magnetite and hematite?

It crystallizes in isomorphism and has two polymorphs, namely; magnetite which has the formula (α-Fe3O4) is highly magnetic, and hematite which is (α-Fe2O3) in magnetic nature.

5. To what extent does the magnetism of iron help to advance technology?

Ferrites, as well as iron’s absorbability to other materials, will be needed in technologies such as electric motors, محولات, and data storage equipment.

6. Is it possible for day-to-day iron items to turn into magnets?

نعم, يمكن أن تكون كائنات مثل الأظافر أو قضبان الحديد مغناطيسية بعد وضعها تحت مغناطيس قوي, لكن, غالبًا ما يكون المغناطيسية مؤقتة.