هنگامی که یک ماده مغناطیسی در معرض یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد، مجبور به مغناطیسی شدن می شود. همچنین می تواند توسط یک میدان کاربردی مغناطیس زدایی شود.
اجبار مغناطیسی نشان می دهد که یک میدان چقدر باید قوی باشد تا یک ماده را مغناطیسی یا مغناطیسی زدایی کند. بنابراین، به عبارت دیگر، اجبار مغناطیسی مقاومت یک ماده در برابر مغناطیسی یا مغناطیسی زدایی است. با این حال، اجبار مغناطیسی اغلب به عنوان مقاومت یک ماده در برابر مغناطیس زدایی نامیده می شود، زیرا به ما بینش بیشتری نسبت به خواص مغناطیسی ماده نسبت به مقاومت آن در برابر مغناطیسی می دهد.
اجبار مغناطیسی با اندازه گیری قدرت میدان مغناطیسی اعمال شده (H) مورد نیاز برای به صفر رساندن میدان مغناطیسی ماده (B) اندازه گیری می شود. این در Oersteds (Oe) اندازه گیری می شود که 1 Oe معادل 79.57747 A/m است.
اجبار مغناطیسی ارتباط نزدیکی با نفوذپذیری دارد و درک یک ویژگی می‌تواند درک دیگری را آسان‌تر کند. نفوذپذیری خاصیت ماده ای است که نشان می دهد مواد چقدر به راحتی از توسعه میدان مغناطیسی پشتیبانی می کنند.
در این مقاله با موارد زیر آشنا خواهید شد:
- اجبار مغناطیسی چیست؟
- اندازه گیری اجبار مغناطیسی
- کاربردهای اجبار مغناطیسی
- مواد آتی و کاربردهای اجبار مغناطیسی
اجبار مغناطیسی چیست؟
مواد را می توان به طور کلی به مواد مغناطیسی نرم و مواد مغناطیسی سخت طبقه بندی کرد.
مواد مغناطیسی نرم را می توان به راحتی مغناطیسی و غیر مغناطیسی کرد. هنگامی که مواد مغناطیسی سخت مغناطیسی شوند به سختی می توان آنها را مغناطیسی زد.
هنگامی که میدان مغناطیسی حذف شود، یک ماده مغناطیسی نرم به طور طبیعی بدون هیچ اقدام دیگری، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد. همانطور که در شکل 1 در زیر نشان داده شده است، یک حلقه هیسترزیس معمولی را در نظر بگیرید. چندین ویژگی را می توان از نمودار مشاهده کرد.
اجبار مغناطیسی (C) نیروی مغناطیسی (-H) است که برای برگرداندن مغناطیسی یک ماده به صفر پس از اینکه قبلاً تا حد اشباع مغناطیسی شده بود، لازم است.
پسماند (B) مغناطیس باقی مانده در یک ماده پس از حذف میدان مغناطیسی است.
اشباع (A, D) زمانی اتفاق می افتد که مغناطیس به حداکثر می رسد و نمی تواند بیشتر شود حتی اگر میدان مغناطیسی به طور نامحدود افزایش یابد.
شکل 1. حلقه هیسترزیس معمولی از یک ماده مغناطیسی نرم [1].
اندازه گیری اجبار مغناطیسی
اجبار مغناطیسی را می توان به روش های مختلفی اندازه گیری کرد، از جمله اندازه گیری های تجربی و تحلیل عددی. خواص مغناطیسی، از جمله اجبار مغناطیسی، را می توان با استفاده از نفوذ سنج دیجیتال اندازه گیری کرد [2]. همچنین می توان آن را از طریق تجزیه و تحلیل حلقه پسماند یک ماده اندازه گیری کرد. اطلاعات رسم حلقه از تفسیر نرم افزاری داده های به دست آمده از دستگاهی مانند اسیلوسکوپ به دست می آید. [3]. همچنین یک تکنیک اندازه گیری وجود دارد که شامل ثبت نیروی حرکتی متناوب تولید شده توسط ارتعاش نمونه آزمایشی در یک سیم پیچ جستجو و داده های محاسبه شده از طریق تجزیه و تحلیل عددی است. دستگاه مورد استفاده برای این اندازه گیری، مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی نامیده می شود [4].
علاوه بر این، دما بر خواص مغناطیسی یک ماده تأثیر می گذارد. بنابراین، تعیین دمایی که یک ماده در آن ارزیابی می‌شود، مهم است، زیرا ممکن است در دماهای مختلف بیشتر متفاوت باشد.
کاربردهای اجبار مغناطیسی
وقتی صحبت از کاربردها می شود، تعدادی از خواص مغناطیسی باید به طور همزمان همراه با اجبار در نظر گرفته شوند. مهمترین این ویژگی ها نفوذپذیری است که توانایی مواد مغناطیسی برای تشکیل یک میدان مغناطیسی داخلی یا مغناطیسی شدن در هنگام قرار گرفتن در معرض یک میدان مغناطیسی اعمال شده است. یک ماده با نفوذپذیری بالا وقتی در معرض میدان مغناطیسی قرار می گیرد به راحتی مغناطیسی می شود و برعکس برای مواد با نفوذپذیری پایین صادق است. نباید آن را با میزان مغناطیسی شدن مواد اشتباه گرفت. بلکه سهولت مغناطیسی شدن مواد است.
اجبار برای مواد مغناطیسی نرم بسیار کمتر است. بنابراین، آنها برای برنامه هایی که در آن یک معکوس سریع در قطب ها وجود دارد، مناسب تر هستند. اینها شامل هسته‌های ترانسفورماتور و موتورهای الکتریکی است که در آنها مغناطیس‌زدایی و مغناطیس زدایی ثابت وجود دارد. اجبار کم این مواد تلفات حین کارکرد آنها را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
از سوی دیگر، موادی با قدرت اجباری بالا در شرایطی مورد نیاز هستند که نیاز به حفظ مغناطیس خود را حتی زمانی که در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌دهند، وجود دارد، تا زمانی که به اندازه کافی قوی نباشد که باعث مغناطیس زدایی شود. از چنین موادی به عنوان مواد مغناطیسی سخت یا آهنرباهای دائمی یاد می شود. آنها هم به دلیل توانایی مغناطیسی و هم برای مقاومت در برابر مغناطیس زدایی استفاده می شوند. نمونه های رایج کاربرد آنها شامل بلندگوها، هارد دیسک ها و ژنراتورهای الکتریکی است.
میز 1. خواص مغناطیسی برخی مواد مغناطیسی
| مواد | نیروی اجباری در دمای 20 درجه سانتیگراد | اجبار ذاتی در دمای 20 درجه سانتیگراد | ماندگاری در 20 درجه سانتی گراد |
| اتحاد NdFeB N-40UH (آلیاژ نئودیمیم آهن بور) |
938000 A/M | 199000 A/M | 1.26 – 1.32 T |
| اتحاد فریت C-8 (فریت) |
239000 – 271000 A/m | 243000 – 275000 A/m | 0.38 – 0.41 T |
| اتحاد SmCo5، SC-22 (آلیاژ کبالت ساماریوم) |
676000 A/M | 1430000 A/M | 0.93 T |
| Alliance Alnico 5 (آلیاژ آلومینیوم نیکل کبالت آهن) |
51000 A/M | 51000 A/M | 1.25 T |
| میله مربعی 50 آلیاژ EFI (آلیاژ نیکل) |
4.77 A/M | NA | NA |
| Ferro-Titanit® S (کامپوزیت ماتریس آهن) |
9800 A/M | NA | 0.11 T |
| Powercore® H 090-27 L (فولاد) |
5 A/M | NA | NA |
| تنگستن (تنگستن) |
79.58 A/M | NA | NA |
مواد و کاربردهای آینده
کاربردهای اجبار مغناطیسی را نمی توان از کاربردهای مغناطیس به طور کلی جدا کرد. درک اجبار و توانایی دستکاری آن، در اصل، آگاهی از محدودیت های شرایط کاری یک ماده و توانایی افزایش یا کاهش آن متناسب با کاربردهای خاص است. درک کامل اجبار و سایر خواص مغناطیسی منجر به پیشرفت در زمینه های زیر می شود [5]:
- ذخیره سازی داده در جایی که ظرفیت ذخیره سازی بالاتری در دستگاه های ذخیره سازی کوچکتر مورد نیاز است
- فروسیال ها
- تبرید مغناطیسی
- پزشکی در کاربردهایی مانند هیپوترمی، سرطان درمانی و غیره.