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?
في محاولة لتحديد ما إذا كان الحديد مغناطيسيًا أم لا, على المرء أن يفهم معنى المغناطيسية. المغناطيسية هي ظاهرة كهربية تتعلق بحركة التهم. بعبارات أبسط, إنها القوة التي تجعل المغناطيس جذب أو صد أنواعًا معينة من المواد. المغناطيسية على المستوى الذري وهي نتيجة ثانوية لسلوك الإلكترونات في ذرة.
مدار جزيئات الشحن السلبي للإلكترون في نواة الذرة. بحركتهم, أنها تنتج حقول مغناطيسية صغيرة. في معظم المواد, يمكننا أن نرى موجه بشكل عشوائي وفي الواقع, موازنة بعضها البعض أو بعبارات بسيطة, إنه صفر صيف. لكن, في المواد المغناطيسية, هذه الحقول المغناطيسية الصغيرة تشترك في الطور وتضيف ما يصل بمعنى المتجه بطريقة لإعطاء نتيجة مغناطيسية شاملة.
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, الطاقة الحرارية تسبب لهم demagnetize عند سحب الحقل.
3. المواد المغناطيسية
لا تنجذب هذه المواد إلى المغناطيس أو تظهر أي مغناطيسية دائمة ولكن يتم صيدها بشكل ضعيف من قبل المغناطيس. نحاس والبزمتات هي أمثلة على هذه العناصر. المواد المغنطيسية إلى الحقل المطبق, تطوير الحقول المغناطيسية المستحثة في الاتجاه المعاكس للحقل المطبق وبالتالي تجربة التنافر.
4. أفرو & مواد فيرو
هذه المواد لها خصائص مغناطيسية غريبة بسبب اتجاه الدورات الذرية, الذي يميل إلى التعويض بشكل متبادل. بصورة مماثلة, في مواد مضادات المغناطيسية, استقطاب اثنان من الذرة المجاورة في اتجاه معاكس لا يعطي أي مغناطيسية صافية. المواد المغناطيسية المغناطيسية مغناطيسية. لديهم مواد مغناطيسية غير متكافئة مع خصائص مغناطيسية ضعيفة. 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:
- الحديد النقي: يظهر جاذبية مغناطيسية عالية. إلى جانب ذلك, فهو يجمع مع الفولاذ. وله استخدامات علمية تتطلب خصائص مغناطيسية قوية وثابتة.
- الحديد الزهر: يحتوي على نسبة كربون أعلى نسبيًا من السبائك الأخرى. لذا, يمكنهم تقليل خصائصه المغناطيسية.
- 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:
- الكربون الصلب: يتميز الفولاذ الكربوني بمغناطيسية عالية بسبب محتواه العالي من الحديد. قد تشمل تطبيقاتها النموذجية قطاعات مثل البناء والآلات.
- 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.
- الفولاذ المقاوم للصدأ: وهي أقل مغناطيسية بسبب وجود إضافات مثل الكروم أو النيكل. لذا, أنها تتداخل مع تعبئة اللحظات المغناطيسية.
- فولاذ الأداة: هذه الفولاذ مصنوعة من أجل القوة. يستخدم كمية كبيرة من الكربون والسبائك وكثيرًا ما يمتلك خصائص مغناطيسية كبيرة.
- 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:
- 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.
- المحولات والمحاثات: نوى الحديد الناعمة في المحولات والمحاثات عامل في فقدان الطاقة المنخفضة مع نقل الطاقة الكهربائية التي تجعلها حيوية في شبكات الطاقة والأدوات الإلكترونية.
- تخزين البيانات: الأقراص الصلبة التي تستخدم مواد قاعدة الحديد المغناطيسي لها تطبيقات في التخزين التقليدي للمعلومات الرقمية.
- بناء: تراقب قوة الحديد والميزات المغناطيسية في الهياكل الخرسانية استقرار الهيكل.
- العلاج المغناطيسي: هناك أشكال مختلفة من المغناطيس القائم على الحديد المستخدمة في أشكال أخرى من الطب التقليدي لأسباب علاجية تشير إلى فوائد مثل تحسن تدفق الدم وتخفيف الألم.
هل كل الحديد ينجذب بشكل طبيعي إلى المغناطيس؟?
الحديد كمواد مغناطيسية ولكن ليس كل أنواع الحديد مغناطيسية بشكل مكثف في ظروفها العفوية. حديد, مستخرج من المادة الحديدية, أو, في معظم الحالات ، سوف تحتوي على معادن أو شوائب أخرى. المركب الأول الذي تحل خصائصه لغز الهرم المتميز هو المغنتيت [حديد (ثانيا, ثالثا) أكسيد]. إنه أكسيد حديدي طبيعي ذو نفاذية مغناطيسية عالية. لذا, استخدمه الناس في العصور القديمة لبناء بوصات بدائية. هناك حلولان صلبان من أكاسيد الحديد, غوثيت (α-feooh), وهو مغناطيسي متوسط, والهيماتيت (A-FE2O3), وهو مغناطيسي ضعيف.
مكواة نقية, هذا هو المعدن بدون شوائب, تكشف خصائصها المغناطيسية بالكامل. ومع ذلك ، يحتوي الحديد على العديد من التطبيقات اليومية. إنها ليست نقية ولكن يمكننا مزجها مع عناصر أخرى. قد تؤثر هذه العناصر على الخواص المغناطيسية للحديد.
العوامل المساهمة في مغناطيسية الحديد
فيما يلي بعض العوامل التي تسهم في مغناطيسية الحديد;
- التكوين الإلكتروني: في الأيونات المعدنية, الإلكترونات غير متوفرة, وهكذا تطورت اللحظات المغناطيسية محاذاة لإنتاج المغناطيسية.
- الهيكل البلوري: BCC صديق للاحتلال لتشكيل المجال المغناطيسي.
- تبادل التفاعل: تقع الدورات الذرية داخل المجالات وتجعل المجالات تظهر خصائص مغناطيسية بشكل فعال.
- درجة حرارة كوري: يفقد الحديد المغناطيسية عند تسخينه إلى 770 درجة مئوية أو حتى أعلى بقليل من 770 درجة مئوية; لا يزال مغناطيسيًا بقوة أقل من درجة الحرارة هذه.
- الشوائب/إضافات: مثل هذه الإضافات مثل الكربون أو الكروم يمكن أن تحسن أو تقلل من القدرة المغناطيسية.
خاتمة
ختاماً, هو مغناطيسي الحديد, الحديد يجذب الفيزياء والكيمياء, تقارب قلب التكنولوجيا في جميع تطبيقات Iron تقريبًا. الخواص المغناطيسية للحديد: من مشاركتها في المجال المغناطيسي للأرض إلى وظائفها في الصناعات السوداء المتقدمة للغاية اليوم. من البناء إلى الإلكترونيات, من التنقل حتى, 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
- 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.
- هو الحديد النقي أكثر مغناطيسيًا من الصلب وهو سبيكة من الحديد والكربون?
بالفعل, معظم سبائك الحديد أقل مغناطيسيًا من الحديد النقي. لكن, تساعد بعض أنواع إضافات صناعة السبائك على تحسين خصائص المجال المغناطيسي المحددة.
- يمكن أن يفقد الحديد مغناطيسي?
نعم, أنت على حق من الحديد يمكن أن تفقد مغنطيسيه إذا قمت بتسخينه إلى أعلى درجة حرارة الكوري أو يعرضونه إلى حقول قوية مضادة المغناطيسية.
- ما هو الفرق بين المغنتيت والهيماتيت?
يتبلور في التماثل ويحتوي على متعدد الأشكال, وهي; المغنتيت الذي يحتوي على الصيغة (A-FE3O4) مغناطيسي للغاية, والهيماتيت الذي هو (A-FE2O3) في الطبيعة المغناطيسية.
- إلى أي مدى تساعد مغنطيسية الحديد على تعزيز التكنولوجيا?
الفريت, بالإضافة إلى قابلية امتصاص الحديد للمواد الأخرى, ستكون هناك حاجة في التقنيات مثل المحركات الكهربائية, محولات, ومعدات تخزين البيانات.
- هل من الممكن أن تتحول العناصر الحديدية اليومية إلى مغناطيس?
نعم, يمكن أن تكون كائنات مثل الأظافر أو قضبان الحديد مغناطيسية بعد وضعها تحت مغناطيس قوي, لكن, غالبًا ما يكون المغناطيسية مؤقتة.
