آیا آهن ربا به دانش آلومینیوم

آیا تا به حال سعی کرده اید یک آهنربا را به یک قطعه آلومینیوم بچسبانید و متوجه شده اید که مانند فولاد نمی چسبد؟ آن آزمایش کوچک اغلب سوالات بزرگی را ایجاد می کند. آهنرباها بخشی از زندگی روزمره هستند، از درهای یخچال گرفته تا هدفون، اما همه فلزات به یک شکل به آنها واکنش نشان نمی دهند.

در این راهنما، خواهید آموخت که چرا آلومینیوم رفتار متفاوتی دارد و در هنگام تعامل آهنرباها و آلومینیوم چه اتفاقی می افتد. در پایان، نه تنها متوجه خواهید شد که آهنرباها به آلومینیوم می‌چسبند یا خیر، بلکه متوجه خواهید شد که چرا هم در استفاده روزانه و هم در صنعت اهمیت دارد.

Do Magnets Stick to Aluminum

آهنربا ماده خاصی است که نیروی نامرئی به نام میدان مغناطیسی تولید می کند. این میدان مغناطیسی می‌تواند فلزات خاصی از جمله آهن، نیکل و کبالت را بکشد یا فشار دهد. وقتی یک آهنربا را نزدیک این فلزات می آورید، به دلیل نحوه چیدمان اتم هایشان به شدت جذب می شوند.

احتمالاً بیشتر با ساده آشنا هستیدآهنرباهای میله اییاآهنرباهای یخچال، اما آهن ربا به اشکال مختلفی وجود دارد. برخی از آنها طبیعی هستند، مانند لودستون، در حالی که برخی دیگر به طور مصنوعی از فلزات و آلیاژها ایجاد شده اند. مثلا قدرتمندآهنرباهای نئودیمیوممعمولا در الکترونیک، موتورها و حتی تجهیزات پزشکی استفاده می شود.

به طور خلاصه، آهنربا چیزی بیش از یک تکه فلز است. این جسمی است که بسته به ماده ای که در نزدیکی آن قرار دارد، نیروی جاذبه یا دافعه دارد.

magnet

آلومینیوم یک فلز سبک وزن است که تقریباً در تمام جنبه های زندگی روزمره یافت می شود. از قوطی های نوشابه و فویل آشپزخانه گرفته تا هواپیما و دوچرخه، ارزش آن در دوام و سهولت شکل دهی آن است. برخلاف فلزات سنگین‌تر مانند فولاد، آلومینیوم زنگ نمی‌زند و برای استفاده در فضای باز و طولانی مدت ایده‌آل است.

از نظر شیمیایی، آلومینیوم یک فلز غیرآهنی-در نظر گرفته می‌شود. این بدان معنی است که حاوی آهن نیست، که در هنگام بحث درباره آهنربا یک مورد بسیار مهم است. از آنجایی که آهنرباها بیشتر جذب آهن و آلیاژهای مبتنی بر آهن می شوند، آلومینیوم در نزدیکی این آلیاژها واکنش متفاوتی نشان می دهد.

بنابراین، در حالی که آلومینیوم یکی از کاربردی ترین و پرکاربردترین فلزات جهان است، رابطه آن با آهنرباها پیچیده تر از آن چیزی است که شما فکر می کنید.

aluminum

آهنرباها و فلزات رابطه منحصر به فردی دارند، اما واکنش همه فلزات یکسان نیست. برای درک دلیل، مهم است که بفهمیم آهنرباها واقعاً چگونه کار می کنند و کدام فلزات جاذبه قوی دارند و کدام نه.

آهنرباها با ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف خود کار می کنند. این میدان نامرئی از حرکت الکترون ها در داخل ماده سرچشمه می گیرد. وقتی بسیاری از اتم‌ها در یک جهت قرار می‌گیرند، نیروی مغناطیسی آنقدر قوی است که فلزات خاصی را بکشد یا فشار دهد. شاید متوجه شده باشید که آهنرباهای یخچال به راحتی به سطوح فولادی می چسبند.

How Magnets Work

اکنون که اصول عملکرد آهنرباها را درک کرده اید، درک اینکه چرا برخی فلزات به سمت آنها جذب می شوند، آسان تر است. این فلزات را فلزات فرومغناطیسی می نامند. رایج ترین نمونه ها عبارتند از:

آهن: قوی ترین و رایج ترین فلز با قوی ترین مغناطیس است.

نیکل: در سکه ها، باتری ها و روکش ها استفاده می شود.

کبالت: در ابزارها و آلیاژهای{0} با کارایی بالا استفاده می‌شود. این فلزات کشش زیادی به آهنربا دارند و اغلب برای ساخت اجسام مغناطیسی استفاده می شوند.

از سوی دیگر، بسیاری از فلزات رفتار متفاوتی دارند. برخی از فلزات مانند آلومینیوم، مس، طلا و نقره اصلا خاصیت مغناطیسی ندارند. این فلزات را فلزات غیرآهنی می نامند زیرا حاوی آهن نیستند. حتی اگر به میدان های مغناطیسی مانند معمول واکنش نشان ندهند، باز هم دارای خواص ارزشمند دیگری مانند سبک بودن، مقاوم بودن در برابر زنگ زدگی یا رسانای الکتریکی خوب هستند.

اگر یک آهنربا معمولی بگیرید و آن را به یک قطعه آلومینیوم فشار دهید، عملا هیچ اتفاقی نمی افتد. مثل جذب فولاد یا آهن جذب نمی شود. این به این دلیل است که آلومینیوم یک فلز فرومغناطیسی نیست، بنابراین ساختار اتمی لازم برای جذب آهنربا را ندارد.

اما این بدان معنا نیست که آهنرباها و آلومینیوم هرگز با هم تعامل ندارند. در برخی موارد، مانند زمانی که یک آهنربای قوی خیلی سریع به آلومینیوم نزدیک می شود، اثرات غیرعادی مانند کشیدن یا کاهش سرعت را مشاهده خواهید کرد. این به این دلیل است که یک جریان الکتریکی در آلومینیوم ایجاد می شود، نه به این دلیل که خود آلومینیوم مغناطیسی است.

بنابراین، در حالی که آهنرباها آلومینیوم را "جذب" نمی کنند، این رابطه جالب تر از آن است که در نگاه اول به نظر می رسد، همانطور که در بخش بعدی بررسی خواهیم کرد.

حتی اگر آهنرباها به معنای معمول به آلومینیوم نمی‌چسبند، این بدان معنا نیست که این دو هرگز با هم تعامل ندارند. تحت شرایط خاصی، آهنرباهای قوی می توانند اثرات شگفت انگیزی بر روی این فلز سبک داشته باشند.

آلومینیوم یک فلز غیر مغناطیسی یا پارامغناطیسی در نظر گرفته می شود. اتم های آن به گونه ای کنار هم قرار نمی گیرند که میدان مغناطیسی پایدار ایجاد کند. به همین دلیل است که آهنربای میله ای به آن نمی چسبد. در سطح اتمی، الکترون های آلومینیوم یکدیگر را خنثی می کنند و هیچ جاذبه قوی برای آهن ربا باقی نمی گذارند.

وقتی یک آهنربا به سرعت از کنار یک قطعه آلومینیومی عبور می کند، همه چیز تغییر می کند. حرکت میدان مغناطیسی از طریق فلز باعث ایجاد جریان های الکتریکی کوچکی می شود که به عنوان جریان های گردابی شناخته می شوند. این جریان ها در داخل آلومینیوم جریان می یابند و میدان های مغناطیسی خود را ایجاد می کنند که به آهنربای متحرک فشار می آورند. آهنربا به جای چسبیدن، مقاومت را احساس می کند یا سرعتش کاهش می یابد. این اثر به طور گسترده در فن آوری استفاده می شود، مانند سیستم های ترمز برای ترن هوایی یا قطار.

می توانید این کار را در خانه با یک آهنربای نئودیمیم قوی و یک لوله آلومینیومی ضخیم امتحان کنید. آهنربا را از داخل لوله بیندازید و به جای اینکه سریع بیفتد، به آرامی به سمت پایین حرکت می کند. آنچه می‌بینید اثر جریان گردابی در عمل است، نمونه‌ای واضح از اینکه چگونه آهن‌رباها می‌توانند آلومینیوم را بدون چسبیدن به آن تحت تأثیر قرار دهند.

magnet falling slowly through aluminum tube

هنگامی که آلومینیوم را در کنار سایر فلزات رایج مقایسه می کنید، درک رفتار آلومینیوم با آهنربا آسان تر است. جدول زیر نشان می دهد که فلزات مختلف چگونه به آهنرباها واکنش نشان می دهند و چه چیزی آنها را منحصر به فرد می کند.

فلز	مغناطیسی	چرا واکنش نشان می دهد (یا نمی کند)	کاربردهای متداول که می‌شناسید
آلومینیوم	خیر	اتم‌های غیرآهنی از نظر مغناطیسی هم‌تراز نیستند	فویل، قوطی، هواپیما، دوچرخه
آهن	بله	به شدت فرومغناطیسی؛ اتم ها به راحتی صف می کشند	تیرهای ساختمانی، ابزار و قطعات خودرو
فولاد(بر پایه آهن-)	بله (بستگی به نوع دارد)	اکثر فولادها حاوی آهن هستند و آنها را مغناطیسی می کند	لوازم خانگی، میخ، پل
نیکل	بله	فرومغناطیسی؛ کشش قوی به آهنربا	سکه، باتری، الکترونیک
کبالت	بله	فرومغناطیسی؛ مغناطیس را به خوبی حفظ می کند	آهنربا، آلیاژهای{0}}با استحکام بالا
مس	خیر	غیر آهنی، بدون میدان مغناطیسی پایدار	سیم کشی، لوله کشی، الکترونیک
طلا	خیر	اتم ها با آهن ربا هم تراز نیستند	جواهرات، لوازم الکترونیکی و اتصالات
نقره ای	خیر	غیر مغناطیسی، اما بسیار رسانا	جواهرات، لوازم الکترونیکی، آینه

مطمئن نیستید که آیا یک قطعه فلز مغناطیسی است؟ شما به ابزار آزمایشگاهی خاصی نیاز ندارید. با چند مورد ساده در اطراف خانه خود، می توانید به سرعت متوجه شوید.

با هر آهنربایی اولیه، مانند آهنربای یخچال خود شروع کنید. یک آهنربای قوی نتایج واضح تری به شما می دهد، اما حتی موارد کوچک هم کار می کنند.

آهنربا را به آرامی روی سطح فلز قرار دهید.

اگر فوراً بچسبد، فلز مغناطیسی است.

اگر اینطور نیست، فلز غیر مغناطیسی-است.

برخی از اشیاء دارای پوشش یا مواد مخلوط هستند. بیش از یک نقطه را آزمایش کنید تا مطمئن شوید.

یک قطعه کوچک از فولاد، آلومینیوم یا مس را برای مرجع در نزدیکی خود نگه دارید. این به شما کمک می کند یاد بگیرید که هر کدام چگونه واکنش نشان می دهند.

آزمایش فلزات در خانه سریع و ایمن است. فقط با یک آهنربا و کمی کنجکاوی می توانید بفهمید که آیا فلزی که در دستان شماست متعلق به خانواده مغناطیسی است یا خیر.

آهنرباها و آلومینیوم به روش های جالبی در تعامل هستند و از این اثرات هم در صنعت و هم در زندگی روزمره استفاده می شود. درک این کاربردها همچنین به شما کمک می کند در هنگام کار با فلزات در اطراف آهنربا ایمن بمانید.

در کارخانه‌ها و آزمایشگاه‌ها، آهن‌ربا و آلومینیوم نقش مهمی در کنار هم دارند. اگرچه آلومینیوم مغناطیسی نیست، اما با میدان های مغناطیسی متحرک از طریق جریان های گردابی واکنش نشان می دهد. به همین دلیل:

آلومینیوم در قطارهای پرسرعت-برای سیستم‌های ترمز مغناطیسی استفاده می‌شود.

کارخانه های بازیافت برای جداسازی آلومینیوم از مواد دیگر به جداکننده های جریان گردابی متکی هستند.

مهندسی برق از آلومینیوم در سیم کشی و قطعات موتور استفاده می کند، جایی که به مواد سبک وزن و رسانا نیاز است.

این برنامه‌ها نشان می‌دهند که چگونه فلزات غیر مغناطیسی وقتی با فناوری آهنربا ترکیب می‌شوند همچنان می‌توانند حیاتی باشند.

شما همچنین این تعامل را به روش های ساده تری در خانه یا محله خود مشاهده می کنید. تابه‌های آلومینیومی به آهن‌رباهای یخچال نمی‌چسبند، اما رینگ‌ها و وسایل آلومینیومی دوچرخه ممکن است هنگام حرکت در نزدیکی میدان‌های قوی، اثرات مغناطیسی داشته باشند.

هنگام کار با آهن ربا و آلومینیوم:

آهنرباهای قدرتمند را از وسایل الکترونیکی یا کارت های اعتباری دور نگه دارید.

از بازی کودکان با آهنرباهای قوی بدون نظارت خودداری کنید.

اگر در مغازه یا گاراژ با آهن ربا کار می کنید، دستکش بپوشید.

با توجه به کاربردها و ایمنی، بهتر می توانید درک کنید که آهنرباها و آلومینیوم چگونه فناوری و زندگی روزمره را شکل می دهند.

س: آیا همه انواع آلومینیوم غیر مغناطیسی- هستند؟

پاسخ: به طور کلی، بله. آلومینیوم استاندارد و اکثر آلیاژهای آلومینیوم غیر مغناطیسی هستند. برخی از آلیاژهای ویژه با مقادیر کمی از فلزات مغناطیسی ممکن است جاذبه ضعیفی از خود نشان دهند، اما این نادر است.

س: آیا هنگام استفاده از آهن ربا در نزدیکی آلومینیوم نگرانی های ایمنی وجود دارد؟

پاسخ: لمس آلومینیوم با آهنربا ایمن است. احتیاط اصلی هنگام استفاده از آهنرباهای بسیار قوی است که در صورت بی احتیاطی، می توانند پوست را نیشگون بگیرند یا به وسایل الکترونیکی آسیب برسانند.

س: چرا آلومینیوم در نزدیکی آهنربا زنگ نمی زند؟

A: آلومینیوم به طور طبیعی یک لایه اکسید نازک تشکیل می دهد که از خوردگی محافظت می کند. آهنرباها بر این ویژگی تأثیر نمی گذارند و آلومینیوم را در بسیاری از کاربردها بادوام می کنند.

اکنون می دانید که آهنرباها مانند آهن یا فولاد به آلومینیوم نمی چسبند. آلومینیوم یک فلز غیر مغناطیسی و سبک وزن است، اما همچنان می‌تواند با آهن‌رباهای متحرک از طریق جریان‌های گردابی تعامل داشته باشد. این باعث ایجاد جلوه های جذابی می شود که هم در صنعت و هم در زندگی روزمره مفید است.

درک نحوه تعامل آهنرباها و فلزات به شما کمک می کند تا بفهمید چرا برخی از مواد جذب آهنربا می شوند در حالی که برخی دیگر جذب آهنربا نمی شوند. همچنین به شما دانش عملی برای آزمایش فلزات در خانه، استفاده ایمن از آهنرباها و تشخیص کاربردهای{1} جهانی آلومینیوم واقعی می دهد.

بنابراین دفعه بعد که آهنربا را روی آلومینیوم امتحان کردید، به یاد داشته باشید: نمی چسبد، اما داستان به همین جا ختم نمی شود. با کمی کنجکاوی، می‌توانید روش‌های شگفت‌انگیز تأثیرگذاری این دو ماده بر یکدیگر را کشف کنید.