چگونه یک آهنربا بسازیم؟ نانوپودرهای مغناطیسی، بخش سوم

دوشنبه 14 فروردین 1391  04:50 ب.ظ

نوع مطلب :مقالات المپیاد نانو ،

چگونه یک آهنربا بسازیم؟
نانوپودرهای مغناطیسی، بخش سوم

می‌خواهیم چه کار کنیم؟
می‌خواهیم با موادّ مختلف چند نوع آهنربا بسازیم و خواصّ مغناطیسیِ آنها را با هم مقایسه کنیم. برای این کار، آنها را گرم می‌کنیم تا ببینیم چقدر خاصیت مغناطیسیِ آنها در برابر حرارت پایدار است (زیرا حرارت خاصیت مغناطیسی را از بین می‌برد).

چه چیزهایی لازم داریم؟

1. یك آهنربای بزرگ و قوی
2. چهار نوع مادة آهنیِ مناسب برای درست کردنِ آهنربا (به شرحی که خواهد آمد)
3. یك چراغ حرارتی.

چهار نوع قطعة آهنیِ مناسب کدام‌اند؟
اندازه قطعات مغناطیسی، نشان‌دهنده تعداد حوزه‌های مغناطیسیِ آنهاست. بنابراین، چهار نوع قطعة آهنی را که شکلِ پراکندگی بُردارهای مغناطیسی در آنها با هم فرق دارد، به این شرح انتخاب می‌کنیم:

1. یك تكه آهن.‌ تكة آهن، یک قطعة سه‌بُعدی است، یعنی در هر سه بُعد از فضا حوزه‌های مغناطیسی دارد.


 
شكل 1: تصوری از یک تکه‌آهن که ماده‌ای است سه‌بُعدی

2. یك ورق آهنی.‌ این لایه را می‌شود یک مادة دوبُعدی در نظر گرفت. حوزه‌های مغناطیسی در سطح صفحه وجود دارند. در واقع، طول و عرض این صفحه در مقایسه با ضخامت آن بسیار زیادند و بنابراین از ضخامت، در مقایسه با طول و عرض، صرف نظر می‌شود و در عمل می‌توان آن را یك مادة دوبُعدی یا صفحه در نظر گرفت.


 
شكل 2: تصوری از یک ورق آهن که در عمل ماده‌ای است دوبُعدی

3. یك تکه سیم از جنس آهن. این سیم مثل یك خط است و چون طول و عرضِ سطح مقطع آن در مقایسه با ارتفاع آن بسیار ناچیز است، می‌توان آن را ماده‌ای یك‌بُعدی به شمار آورد. در چنین ماده‌ای حوزه‌های مغناطیسی تنها در یك بُعد كه همان ارتفاع است وجود دارند.


 
شكل 3: تصوری از یک تکه سیم که می‌شود آن را ماده‌ای یك‌بُعدی به شمار آورد

4. یك مُشت پودر آهن. در پودر آهن، هر سه بُعدِ طول و عرض و ضخامت بسیار کم‌اند. بنابراین، می‌توان ذراتِ آن را یك نقطه به شمار آورد که ماده‌ای است صفربُعدی. در واقع، حوزه‌های مغناطیسی در چنین ماده‌ای در هیچ‌یک از ابعاد توزیع نشده‌اند.


 
شكل 4: تصوری از یک ذره پودر آهن که ماده‌ای صفربُعدی تصور می‌شود

آزمایش را چگونه انجام دهیم؟
چهار نوع قطعه آهنی را با یكی از سه روشِ پیشنهادیِ گیلبرت آهنربا می‌كنیم. این سه روش از این قرارند:

  1. مالش دادن قطعه با آهنربا؛
  2. گداختن و قرار دادن قطعه در راستای میدان مغناطیسی زمین؛
  3. چكش‌كاری یا كشیدن قطعه در راستای میدان مغناطیسی زمین.

قطعاتِ آهنربا را در فاصله‌ای مشخص از یک مشت بُراده آهن قرار می‌دهیم تا ببینیم کدام‌یک براده بیشتری جذب می‌کنند.
در مورد پودرها، ابتدا از آنها یک قطعه آهنربا درست می‌کنیم. یعنی آنها را به هم می‌فشاریم و دما را بالا می‌بریم. افزایش دما از خاصیت مغناطیسی می‌کاهد و حتی افزایش بیش از حدّ دما، خاصیتِ مغناطیسی را کاملاً از بین می‌برد، اما چون مقداری از بردارهای نیرو در آن باقی می‌مانند، اگر قطعة ساخته‌شده را دوباره در میدان مغناطیسی قرار دهیم، خاصیت آهنربایی بسیار بیشتر از قبل خواهد شد. از آنجا که سطحِ قطعات ساخته‌شده از پودر زبر هستند، می‌توان به‌راحتی آنها را با چشم تشخیص داد.
فیلمی را که از پایینِ این متن می‌توانید بردارید و ببینید، نشان می‌دهد که چگونه با حرارت دادن پودر تحت فشار می‌توان یک آهنربای قوی درست کرد. در اینجا مقداری پودر آهن را در یک قوطی کبریت (به عنوان قالب) ریخته و در دمای بالا حرارت داده‌ایم تا یک قطعه متشکل از پودرِ آهن تولید شود.
سطح تماس قطعات هم در میزان برادة جذب‌شده ‌تأثیر دارند و بنابراین، باید میزان براده جذب‌شده را نسبت به سطح قطعه در نظر بگیریم. همان‌طور که در فیلم می‌بینید، آهنرباهایی که بُعدِ کمتری دارند، براده‌ بیشتری نسبت به سطحشان جذب می‌کنند.

کیفیت پایین
کیفیت بالا

برای مقایسة ماندگاریِ خاصیت آهنربایی، قطعات آهنربا را به درجات مختلف حرارت می‌دهیم و سپس آزمایش‌های گفته‌شده را تكرار می‌كنیم. پیش‌بینیِ ما این است که پودرها زودتر مغناطیس می‌شوند و خاصیت آهنربایی بیشتری پیدا می‌كنند و از آن طرف، دیرتر خاصیت آهنربایی خود را از دست می‌دهند. آزمایش‌ها را انجام دهید تا ببینید چقدر پیش‌بینیِ ما درست از آب درمی‌آید!

کیفیت پایین
کیفیت بالا
 

نوشته شده توسط: علیپور | آخرین ویرایش:- | نظرات() 

 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر