آهن ربا چیست و چه کاربردی دارد؟

آهنربا یک جسم فلزی است که خاصیت مغناطیسی دارد و قادر است اجسام آهنی را به خود جذب کند. این ویژگی منحصر به فرد، آهنربا را به یک ابزار مهم و پرکاربرد در زندگی روزمره تبدیل کرده است. از وسایل خانگی مانند یخچال‌ها و سیستم‌های صوتی گرفته تا کاربردهای صنعتی و علمی، آهنربا در بسیاری از تجهیزات ضروری به کار می‌رود. در این مقاله، میبینیم که نحوه عملکرد انواع آهن ربا چیست و چه کاربردهایی دارد.

آهن ربا چیست؟

آهن ربا ماده ای است که هر نوع ماده مشابه دیگری را در اطراف خود جذب یا دفع می‌کند. این جاذبه یا دافعه به‌دلیل ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف آهنربا است. قدرت میدان مغناطیسی در نزدیکی اهن ربا قوی‌تر است، اما در فاصله دورتر از آهن ربا قدرت آن کاهش می‌یابد. ازاین‌رو، جاذبه و دافعه قوی در نزدیکی آهنربا احساس می‌شود.

آهن رباها از مواد مغناطیسی مانند آهن، نیکل، فولاد یا کبالت ساخته می‌شوند. بنابراین، موادی که جذب می‌کنند هم از نوع مواد مغناطیسی هستند. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، در تصویر زیر، میخ‌ها و براده‌های آهنی به‌دلیل اینکه از جنس آهن هستند و ماده مغناطیسی محسوب می‌شوند به‌راحتی جذب آهنربا شده‌اند، اما گیره‌های پلاستیکی چون از جنس مواد مغناطیسی نیستند (پلاستیکی هستند)، جذب آهن ربا نمی‌شوند.

نکته: آلومینیوم، مس، طلا، آب، پلاستیک، چوب و لاستیک ازجمله مواد غیرمغناطیسی هستند و آهنربا نمی‌تواند آن‌ها را جذب کند.

تاریخچه کشف آهن ربا

تاریخچه کشف و کاربرد آهن رباها که امروزه یک ابزار مهم و پرکاربرد در زندگی روزمره ما هستند، از گوشه‌ و کنار جهان به ما رسیده است.

یونان

اولین برخورد انسان و آهن ربا به 4000 سال پیش باز می‌گردد که یک چوپان یونانی در منطقه مگنسیا(منطقه‌ای ‌است که در دوران باستان این کانی از آنجا استخراج می‌شده است) در حال چرای گوسفندانش بود و متوجه شد که میخ‌های کفش‌هایش و سر فلزی چوب‌دستی‌اش به صخره‌ای که روی آن ایستاده بود، چسبیده‌اند!

 او که کنجکاو شده بود، شروع به کندن کرد و نخستین سنگ مغناطیسی (لودستون) شناخته‌شده را پیدا کرد.

 این سنگ، که بعدها به نام سنگ مگنس (magnes lithos) شناخته شد، یک آهنربای طبیعی بود که به آن مگنتیت هم گفته می‌شود.

اهمیت مگنتیت در این بود که توانایی منحصربه‌فردی برای جذب و بلند کردن قطعات کوچک آهن داشت.

روم

پلینی بزرگ (Pliny the Elder)، محقق و طبیعت‌شناس رومی، که تحقیقات علمی زیادی برای امپراتور وقت روم انجام داده است، در سال‌های آغازین میلادی در نوشته‌هایش تپه‌ای از سنگی را توصیف کرد که آهن را جذب می‌کرد.
او قدرت سنگ مغناطیسی (لودستون) را به جادو نسبت داد، و همین باعث شکل‌گیری نظریه‌های خرافی درباره‌ی این ماده شد؛ از جمله اینکه شاید کشتی‌های مفقود شده در دریا به سمت جزایر مغناطیسی کشیده شده‌اند.

اسکاندیناوی

در اسکاندیناوی ذخایر زیادی از سنگ مغناطیسی (لودستون) وجود دارد و در زمستان که نور کافی برای دریانوردی وجود ندارد، وایکینگ‌ها مجبور به استفاده از از خاصیت مغناطیسی سنگ‌های مغناطیسی (لاداستون) شدند.
طبق افسانه‌ها، دریانوردان وایکینگ‌  حدود ۱۰۰۰ سال پیش از میلاد، ابزاری شبیه به قطب‌نما داشتند که از یک سوزن آهنی مغناطیسی‌شده درون تکه‌ای نی که روی آب شناور بود ساخته شده بود و از آن برای تشخیص جهت های جغرافیایی استفاده می‌شد.

اروپا

 کاوشگرانی مانند مارکو پولو قطب‌نمای مغناطیسی را به اروپا بردند، و این‌گونه اروپایی‌ها توانستند اقیانوس‌هایی را بپیمایند که وایکینگ‌ها ۵۰۰ سال پیش از آن کشف کرده بودند.

با گذشت زمان، مطالعات بیشتری بر روی آهن‌رباها و ویژگی‌های آن‌ها انجام شد و این علم به‌تدریج به‌عنوان یک رشته علمی مستقل در قرن هفدهم و هجده میلادی توسعه یافت.

چین

چینی‌ها نیز از حدود سال ۸۰۰ میلادی از تکه‌ای از سنگ مغناطیسی (لودستون) که روی آب شناور بود برای مسیریابی استفاده می‌کردند و یک قطب‌نمای دریایی اختراع کرده بودند.

فرانسه

پتروس پرگرینوس (Petrus Peregrinus) که یک دانشمند فرانسوی بود در قرن ۱۳، آزادانه چرخیدن سوزن قطب‌نما ها را مورد تحقیق و بررسی قرار داد و یکی از نخستین گزارش‌ها درباره‌ی خواص علمی آهنربا را نوشته است.

انگلستان

ویلیام گیلبرت (William Gilbert)، پزشک و فیزیک‌دان بریتانیایی، نخستین دانشمندی بود که به صورت علمی آهن رباها را مورد بررسی قرار داد.
او در سال ۱۶۰۰ میلادی کتاب معروف خود را با نام «دربارهٔ آهنربا، اجسام آهنربایی و زمین مانند یک آهنربای بزرگ» را منتشر کرد. ویلیام گیلبرت در کتاب خود تفاوت الکتریسیته و مغناطیس را مشخص کرد و ویژگی‌های نیروهای جاذبه‌ی الکتریکی و مغناطیسی را بررسی نمود و به این نتیجه دست یافت که زمین خود یک آهنربای بزرگ است و به همین دلیل سوزن قطب‌نما همیشه در یک جهت خاص قرار می‌گیرد.

دانمارک

در سال ۱۸۲۰ میلادی، هانس کریستین اورستد (Hans Christian Ørsted) به رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس علاقه‌مند شد.
او نظریه‌اش را با قرار دادن یک قطب‌نمای مغناطیسی کنار یک سیم حامل جریان الکتریکی آزمایش کرد و سپس ثابت نمود که جریان الکتریسیته باعث می‌شود سوزن قطب‌نما منحرف شود.

قطب های آهن ربا

دو سر آهنربا را قطب‌های آهن ربا می‌گویند. هر آهنربا دو قطب به‌نام قطب شمال (N) و قطب جنوب (S) دارد که قدرت میدان مغناطیسی و جاذبه و دافعه در نزدیکی آن‌ها قوی‌تر از دیگر بخش‌های آهن ربا است.

قطب‌های آهن ربا دو ویژگی جالب دارند:

• قطب‌هایی که مخالف یکدیگر هستند، همدیگر را جذب می‌کنند؛ یعنی قطب شمال یک آهنربا، قطب جنوب آهنربای دیگر را جذب می‌کند.
• قطب‌هایی که مشابه هم هستند، یکدیگر را دفع می‌کنند؛ قطب شمال یک آهن ربا، قطب شمال آهنربای دیگر را دفع می‌کند و قطب جنوب یک آهنربا، قطب جنوب آهن ربای دیگر را.

اگر یک آهنربا را مانند شکل زیر به چند قسمت تقسیم کنیم، هر کدام از این قسمت‌ها خود به یک آهنربا با دو قطب شمال و جنوب تبدیل می‌شوند.

انواع آهن ربا

آهن رباها در اشکال و اندازه‌های گوناگونی در دسترس هستند و به‌طور کلی، از نظر شکل به چند نوع تقسیم می‌شوند:

• آهن ربای میله‌ای
• آهنربای نعل اسبی
• آهن ربای کروی
• آهنربای حلقوی
• آهن ربای دیسکی

در تصویر زیر، عکس انواع آهن ربا را می‌توانید مشاهده کنید.

آهنربای میله ای

آهن ربای میله‌ای دارای دو قطب شما و جنوب است. نیروی مغناطیسی و مقدار جاذبه و دافعه در قطب‌هاِی یک آهنربای میله‌ای قوی‌تر است، اما  هرچه به‌سمت وسط آهن ربا برویم، این نیرو کمتر و ضعیف‌تر می‌شود. آهنرباهای میله‌ای در دو نوع یافت می‌شوند: آهنربای مستطیلی و آهن ربای استوانه‌ای.

آهن ربای نعل اسبی

آهن رباهایی که به‌شکل U و شبیه به نعل اسب هستند را آهنربای نعل اسبی می‌گویند. ازآنجا که قطب‌های آهنربای نعل اسبی بسیار نزدیک‌تر به یکدیگرند، نسبت به بسیاری از آهن رباها میدان مغناطیسی قوی‌تری دارند.

آهن ربای کروی

آهنرباهای کروی مانند یک توپ فلزی به نظر می‌رسند. این نوع آهن رباها به‌دلیل شکل منحصربه‌فردشان در اسباب‌بازی‌ها و بسیاری از ابزارهای سرگرمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. آهنرباهای کروی مانند کره زمین دو قطب مغناطیسی دارند که قدرت میدان مغناطیسی در آن‌‌ها بیشتر از سایر قسمت‌هاست.

آهنربای حلقوی

آهنربای حلقوی همان‌طور که از نامش پیداست، آهنربایی دایره‌ای‌شکل است که مرکز آن توخالی است. این نوع آهنربا در اندازه‌ها و قطرهای مختلف یافت می‌شود و توخالی بودن مرکز آن باعث شده است در موارد گوناگونی مورد استفاده قرار گیرد.

آهنربای دیسکی

آهن ربای دیسکی یک آهنربای دایره‌ای و مسطح است که دو طرف تخت آن قطب‌های مغناطیسی آن هستند. این نوع آهن رباها قطب‌های بزرگ‌تری دارند و قدرت جذب و دفع آن‌ها بیشتر است. به همین دلیل، در صنایع به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ساخت آهن ربا

در این بخش، دو روش برای ساخت آهنربا را معرفی می‌کنیم: ساخت آهن ربا با مالش دادن و ساخت آهن ربای الکتریکی.

ساخت آهنربا با مالش دادن

با استفاده از یک گیره کاغذ فلزی بدون روکش یا مگنت یخچال به‌راحتی می‌توانید یک آهنربا بسازید. برای این کار تنها به یک قطعه فلزی مانند گیره و یک آهنربا نیاز دارید. کافی‌ست آهن ربا را روی گیره بمالید و به‌جای جلو و عقب بردن، مانند روشن کردن کبریت آن را در یک جهت حرکت دهید. تا جایی که می‌توانید ۵۰ بار گیره کاغذ را با آهنربا به‌سرعت مالش دهید.

حالا گیره کاغذ را روی قطعه فلزی کوچک‌تری تماس دهید. اگر قطعه فلزی کوچک به گیره چسبید یعنی توانسته‌اید گیره را به آهنربا تبدیل کنید، اما اگر فلز به گیره کاغذ نچسبید، ۵۰ بار دیگر آن را مالش دهید و دوباره امتحان کنید. برای اینکه مشخص شود قدرت آهنربایی که ساخته‌اید چقدر است، سعی کنید سایر گیره‌ها و اجسام فلزی بزرگ‌تر را با آن بردارید. 

مدت‌زمان مغناطیسی ماندن گیره کاغذی را پس از مالش ثبت کنید. این آزمایش را برای قطعه‌های فلزی دیگر مانند میخ و سنجاق انجام دهید تا ببینید کدام یک از آن‌ها قوی‌ترین و ماندگارترین آهنربایی است که ساخته‌اید.

پیشنهاد مطالعه: انواع اصطکاک چیست؟

ساخت آهن ربای الکتریکی

وسایل موردنیاز برای ساخت آهنربای الکتریکی 

• یک میخ آهنی بزرگ
• یک متر سیم مسی با روکش نازک
• یک باتری قلمی
• اجسام فلزی مانند گیره کاغذ یا سنجاق
• نوارچسب برق
• سیم‌لخت‌کن

مرحله اول: ابتدا انتهای سیم را لخت کنید و با استفاده از سیم‌لخت‌کن چند سانتی‌متر از روکش دو سر سیم مسی را بردارید. دو سر سیم مسی که لخت کرده‌اید، باید به دو سر باتری وصل شوند.

مرحله دوم: از حدود ۲۰ سانتی‌متری انتهای سیم، پیچاندن سیم دور میخ را در یک جهت شروع کنید، طوری که هر دور سیم در کنار دور قبلی قرار گیرد و به آن بچسبد. دقت کنید که حین دور زدن سیم، سیم‌ها روی هم قرار نگیرند و کنار هم باشند. سیم را تا جایی بپیچید که کل میخ پوشانده شود.

مرحله سوم: حالا یک سر سیم را به سر مثبت باتری و سر دیگر آن را به سر منفی باتری وصل کنید. از یک تکه نوارچسب برای محکم کردن سیم در هر دو طرف استفاده کنید. توجه داشته باشید که مهم نیست کدام سر سیم را به کدام سر باتری وصل می‌کنید چون در هر صورت، میخ مغناطیسی می‌شود. تنها تفاوت آن این است که قطبیت آن تغییر خواهد کرد. یک سمت آهنربا قطب شمال است و یک سمت آن قطب جنوب. معکوس کردن سیم‌ها فقط قطب‌ها را معکوس می‌کند. با وصل شدن باتری، عبور جریان الکتریکی آغاز شده و سیم‌ها داغ می‌شوند. مراقب باشید دستتان نسوزد.مرحله چهارم: میخ را نزدیک یک گیره کاغذ یا یک قطعه فلز کوچک دیگر قرار دهید. ازآنجا که میخ مغناطیسی شده، فلز به آن می‌چسبد. میخ را به قطعه‌های فلزی دیگر با اندازه‌ها و وزن‌های مختلف نزدیک کنید تا مشخص شود آهنربای الکتریکی شما چقدر قدرت دارد.

کاربرد آهن ربا چیست؟

اگر قصد دارید کودکان را با آهن ربا آشنا کنید، بهتر است در کنار تعریف آهن ربا برای کودکان، کاربرد آهنربا در وسایل منزل را برای آن‌ها توضیح دهید تا متوجه شوند که آهنرباها چگونه کار می‌کنند و چرا اهمیت دارند. برای همین، در این بخش به چند مورد از کاربردهای آهن ربا در زندگی روزمره و وسایل موردنیاز منزل اشاره می‌کنیم.

آهن رباها اغلب در وسایل برقی و الکترونیکی مانند رایانه‌ها، یخچال و فریزر، تلویزیون، بلندگوها، قفل‌های درب با کنترل از راه دور، زنگ‌های برقی و بسیاری از لوازم دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. این آهنرباها هستند که درهای یخچال و فریزر را بسته نگه می‌دارند. درواقع، نیروی مغناطیسی آن‌ها باعث می‌شود درها محکم بسته شوند و از مواد غذایی محافظت شود.

جالب است بدانید که نوار تیره پشت کارت‌های اعتباری یک نوار مغناطیسی است که با کشیدن آن در کارت‌خوان اطلاعاتی که در آن ذخیره شده است از طریق خاصیت مغناطیسی نوار خوانده می‌شوند.

در تجهیزات پزشکی مانند  MRI(ام آر آی) نیز از خاصیت مغناطیسی آهن ربا برای تشخیص مشکلات در بدن انسان استفاده می‌شود. آهنرباهایی که در این دستگاه قرار داده می‌شوند، میدان مغناطیسی قدرتمندی ایجاد می‌کنند.

علاوه‌بر این، آهن رباها در صنعت خودروسازی، کشاورزی، معادن و بازیافت برای جداسازی قطعات فلزی به‌کار می‌روند. درواقع، آهنرباهای الکتریکی موجود در جرثقیل‌ها آن‌ها را قادر می‌سازد تا قطعات فلزی سنگین را جذب کرده و حرکت دهند.

حتی سوزن قطب‌نماهایی که برای جهت‌یابی و مسیریابی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از آهنربا ساخته شده است. کره زمین مانند یک آهنربا دو قطب مغناطیسی شمال و جنوب دارد و میدان مغناطیسی تولید می‌کند. میدان مغناطیسی ایجادشده توسط کره زمین روی سوزن قطب‌نما که یک آهنربا است تأثیر می‌گذارد و باعث چرخش آن می‌شود. با چرخش سوزن قطب‌نما می‌توان جهت جغرافیایی را پیدا کرد. معمولاً عقربه قرمزرنگ قطب‌نما شمال مغناطیسی را نشان می‌دهد.

در این آموزش سعی کردیم به سؤال‌های درسی آهن ربا چیست اول دبستان، آهن ربا چیست کلاس چهارم و آهن ربا چیست علوم هشتم به زبانی ساده پاسخ دهیم و انواع آهنربا کلاس اول و کاربرد آهن ربا کلاس چهارم را توضیح دهیم. پیشنهاد ما این است که در کنار مطالعه این مطالب، به‌صورت عملی هم آن‌ها را انجام دهید تا این درس را بهتر و عمیق‌تر بیاموزید.

سخن پایانی

در این مقاله، به پرسش آهن ربا چیست و چگونه ساخته می‌شود پاسخ دادیم و گفتیم که آهن ربا ماده‌ای است که هر نوع ماده مشابه در اطراف خودش را جذب یا دفع می‌کند. موادی که می‌توانند جذب آهنربا شوند، مواد مغناطیسی و موادی که جذب آن نمی‌شوند، مواد غیرمغناطیسی نام دارند. یک آهن ربا دارای دو قطب شمال و جنوب است که قدرت میدان مغناطیسی در آن‌ها نسبت به سایر قسمت‌ها بیشتر است. قطب‌های مشابه دو آهنربا همدیگر را دفع و قطب‌های مخالف یکدیگر را جذب می‌کنند. آهن رباها در اندازه‌ها و اشکال مختلفی تولید می‌شوند مانند آهنربای میله‌ای، نعل اسبی، کروی، حلقوی و  دیسکی.

سؤالات متداول

1. آهن ربا چیست؟
   ماده‌ای است که هر نوع ماده مشابه در اطراف خود را جذب یا دفع می‌کند.
2. آهنربا چند قطب دارد؟
   آهنربا دارای دو قطب شمال و جنوب است. اگر قطب‌های مشابه دو آهنربا را نزدیک هم قرار دهیم همدیگر را دفع می‌کنند، اما اگر قطب‌های مخالف را به هم نزدیک کنیم، یکدیگر را جذب می‌کنند.
3. انواع اهن ربا چیست؟
   انواع آهنربا از نظر شکل به چند نوع دسته‌بندی می‌شوند: میله‌ای، نعل اسبی، کروی، حلقوی و  دیسکی.
4. چگونه یک آهنربا بسازیم؟
   برای ساخت آهنربا روش‌های مختلفی وجود دارد مانند مالش دادن یک قطعه فلزی روی آهنربا یا پیچاندن سیم مسی دور یک میخ آهنی و وصل کردن آن به یک باتری برای ساخت آهنربای الکتریکی.