ما تحتاج إلى معرفته عن المغناطيس قبل فهم التنقل المغناطيسي

هل تُزعجكِ مدة الذهاب إلى العمل على مسافة طويلة؟ على الرغم من أننا نستطيع الوصول إلى وجهتك بالمترو والسيارة والطائرة، إلا أنه لا يزال يبدو وكأنه يستغرق وقتا طويلا. ومع ذلك، هناك تقنية يمكن أن تحقق قفزة نوعية في وقت الذهاب إلى العمل، وهذا هو التنقل المغناطيسي. ربما تشعر أن الرفع المغناطيسي موجود فقط في الأفلام أو المسلسلات التلفزيونية. لكن في يوليو 2023! قام سوكبه لي (이석배) ، جي هون كيم (김지훈) ، وغيرهم من معهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا بتشكيل فريق لأول مرة لدراسة المادة. الرصاص النقي هو عازل، ولكن وفقاً لسوكباي لي وآخرين، الرصاص المضغوط بالنحاس الذي يشكل LK-99 هو موصل فائق، أو معدن عند درجات حرارة أعلى. على الرغم من أنه لا يوجد مادة مؤكدة تتمتع بدرجة حرارة غرفة فائقة في الضغط الطبيعي، إلا أنها تعطينا الأمل أيضاً! لنرى كيف ستعمل هذه الآلة السحرية على المغناطيس

 

 

أعتقد أنك رأيت أيضاً أنه عندما يقترب المغناطيس من المادة من الأسفل، بعد تغيير القطبين المغناطيسيين، لا تزال المادة تقف بسبب الرفض عند الاقتراب من المادة.

 

هذه النقطة السوداء الصغيرة تستمر في السقوط أو الوقوف عندما يقترب المغناطيس من NdFeB ويتحرك بعيداً عنه. كلا من القطب S والقطب N فعالان، أي أن الرفض ليس له علاقة بالقطب المغناطيسي، مما يظهر مضادة للمغناطيسية.

 

دعونا لا نتحدث عن ما إذا كان LK-99 هو حقا فائق التوصيل. المغناطيس الدائم لـ (اندفيب) يمكنه جعلها تُرتفع

 

بالحديث عن مغناطيسات NdFeB الدائمة، علينا أن نتحدث عن Tesla Model S.

إيلون ماسك جريء جداً لدرجة أنه عندما قامت شركة تيسلا بإطلاق أول سيارة سيدان لها، الموديل إس، لم يجمعوا السيارة حتى. كان الهيكل مبنيًا على مرسيدس-بنز CLS ، وتم لصق ألواح جسم الألومنيوم وغطاء المحرك على الإطار الصلب بمغناطيس بور الحديد النيوديميوم.

 

عندما صنعت "تيسلا" أول طرازين من سياراتها ذات الحجم الكامل، استخدمت محركات استحداثية لتشغيل المركبات. هذه المحركات كانت مبنية على تصميم محرك نيكولا تيسلا الأصلي، وهو تصميم رائع كان قبل اختراع مغناطيسات الأرض النادرة بنحو 100 عام.

 

محركات الحث تولد مغناطيسيتها الخاصة وتدفع الدوار من خلال الكهرباء، وتعمل بدون أي نوع من المغناطيس الدائم.

 

تصميم المحركات الاستقراضية جيد، لكن تيسلا انتقلت إلى محركات المغناطيس الدائم للنموذج 3 في عام 2017 لسبب وجيه: النموذج 3 هو سيارة أصغر، ويحتاج إلى محرك أصغر ولكن لا يزال لديه الكثير من الطاقة.

 

لذا، بدءاً من النموذج 3، استخدمت تيسلا محركات بور الحديد النيوديميوم لأنها توفر مساحة أكثر، وأخف وزناً، ويمكن أن تولد قوة أكبر.

 

استخدام المغناطيسات في السيارات: مثل تكييف الهواء، أنظمة الفرامل، محركات القيادة، مضخات الزيت، الخ.

في الواقع، بالإضافة إلى استخدامها في السيارات، تستخدم المغناطيسات أيضا على نطاق واسع في مكبرات الصوت الهاتف المحمول، سماعات الرأس، محركات الاهتزاز، المغناطيس الكهربائي، مجففات الشعر، المروحة، الثلاجات، غس

(نسبة استخدام المغناطيس)

إذن، إلى جانب المغناطيس الدائم مثل NdFeB، ما هي الأنواع الرئيسية الثلاث الأخرى من المغناطيس؟ ما هي عملية الإنتاج؟

 

دعونا نلقي نظرة عن قرب!

أولاً، دعونا نفهم كمية الطاقة المغناطيسية الكبرى للمغناطيس

 

حالياً، هناك ثلاثة أنواع من المغناطيس: مغناطيسات دائمة، مغناطيسات مؤقتة، ومغناطيسات كهربائية.

المغناطيس الدائم ينتج مجالا مغناطيسيا يظل مستمر حتى في وجود مجال مغناطيسي معارض المحركات الكهربائية التي تستخدم مغناطيسات دائمة أكثر كفاءة من تلك التي لا تستخدمها. حالياً، جميع المغناطيسات القوية المعروفة تحتوي على عناصر الأرض النادرة، وهي مكونات رئيسية للسيارات الكهربائية و توربينات الرياح. أصبحت العناصر مثل النيوديميوم والثوريوم مواد رئيسية بسبب الطلب المتزايد والإمدادات المحدودة.

 

المغناطيس الدائم فريد من نوعه لأنه بمجرد إنتاجه، فإنه يوفر تدفق مغناطيسي دونمدخل الطاقة، مما يؤدي إلى صفر تكاليف التشغيل. على النقيض من ذلك، المغناطيسات الكهرومغناطيسية تتطلب تيار مستمر لتوليد مجال مغناطيسي.

 

خاصية مهمة للمغناطيس الدائم هي أنها تحافظ على مجالها المغناطيسي حتى في وجود مجال مغناطيسي خارجي معارض. ومع ذلك، إذا كانت قوة المجال المغناطيسي المعارض عالية بما فيه الكفاية، فإن النواة المغناطيسية الداخلية للمغناطيس الدائم سوف تتواءم مع المجال المغناطيسي المعارض، مما يؤدي إلى نزع المغناطيسية.

 

المغناطيس الدائم يعمل بشكل أساسي كجهاز لتخزين الطاقة. يتم حقن الطاقة خلال عملية المغناطيسية الأولية، وإذا تم تصنيعها والتعامل معها بشكل صحيح، فإنها ستبقى في المغناطيس إلى أجل غير مسمى. على عكس البطارية، لا تنفذ طاقة المغناطيس أبداً وتبقى متاحة للاستخدام. هذا لأن المغناطيسات لا لها تأثير صاف على محيطها. بدلاً من ذلك، فإنها تستخدم طاقتها لجذب أو صد الأشياء المغناطيسية الأخرى، مما يساعد في التحويل بين الطاقة الكهربائية والكهربائية.

 

طاقة المجال المغناطيسي متناسبة مع نتاج B و H. عندما يتم تعظيم نتاج BH (مشار إليه على أنه(BH) أقصى)، الحجم الأدنى للمغناطيس مطلوب لإنتاج مجال مغناطيسي معين في فجوة معينة. كلما زادت (BH) max ، كلما كان حجم المغناطيس أقل لإنتاج كثافة تدفق معينة. (BH) max يمكن أن تعتبر الطاقة المغناطيسية الثابتة لكل وحدة حجم من المواد المغناطيسية. يتم قياس BH في"ميكاغاوس أورستيدس" (MGOe) أو kJ/mXNUMX.

 

في صناعة المغناطيس الدائم، فإن الحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية يمثل كثافة الطاقة المغناطيسية للمغناطيس الدائم وهو المعلم الأكثر استخداماً لوصف أداء المغناطيس الدائم.

 

تصنيف المغناطيس الدائم

يمكن تقسيم المغناطيس الدائم إلى أربعة أنواع:بور الحديد النيوديميوم (NdFeB)،كوبالت الساماريوم (SmCo)،الكوبالت النيكل الألومنيوم (AlNiCo)، ومغناطيسات السيراميك أو الفيرريت..

 

لنبدأ بأكثر المغناطيسات كفاءة من حيث التكلفة:مغناطيسات بور الحديد النيوديميوم

 

 

مغناطيسات النيوديم (NdFeB) هي واحدة من أكثر المواد المغناطيس الدائمة استخداما على نطاق واسع في التطبيقات التجارية، والمعروفة لمنتج طاقة مغناطيسية عاليةوقوة مغناطيسية

 

مغناطيسات النيوديم هيأقوىو معظممثير للجدلمغناطيسات تنتمي إلى فئة مغناطيسات الأرض النادرة لأنها تتكون من عناصر النيوديميوم والحديد والبورون.

 

بسبب محتوى الحديد ، يتم استهلاك مغناطيسات بور الحديد النيوديميوم بسهولة ولديها مقاومة ضعف للتآكل ، وغالبًا ما تتطلب طلاءً مثل طلاء النيكل أو طلاء الايبوكسي أو طلاء الزنك.

 

ومع ذلك، فهي منتجات ذات كثافة طاقة عالية (حتى55 مليون يورومع صلابة عالية، واستخدامها يسمح محركات القرص الصلب ذات الحجم الأصغر، والحركات، ومعدات الصوت.

 

نطاق درجة حرارة العمل لمغناطيسات النيوديميوم هو80 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.. ومع ذلك، مواد النيوديميوم عالية الجودة التي يمكن أن تعمل فوق120 درجة مئويةيمكن أن تصبح مكلفة جدا.

 

بالنظر إلى التكلفة الفعالة، مغناطيسات النيوديميوم هي بالتأكيد الخيار الأول.

 

ربما تفكرون أن درجة حرارة عمل المغناطيس الخاص بي سوف تتجاوز 200 درجة مئوية، لذلك من المستحيل استخدام المغناطيس في هذه البيئة؟ هذه المشكلة يمكن حلها بواسطة مغناطيسات الكوبالت الصحية

 

 

كوبالت السليميوم (SmCo)هي مادة مغناطيس دائمة عالية الجودة مصنوعة في المقام الأول من الكوبالت والساماريوم، مما يجعلها أغلى مادة مغناطيسية لإنتاجها. تكلفته العالية تعزى أساسا إلى محتوى الكوبالت الكبير و هشاشة سبيكة الساماريوم.

 

هذه المغناطيسات الدائمة مقاومة للغاية للتآكل ويمكن أن تتحمل درجات حرارة تصل إلى350 درجة مئوية، وأحيانا حتى500 درجة.. هذه المرونة الحرارية تمنحهم ميزة واضحة على أنواع أخرى من المغناطيس الدائم التي هي أقل تحملًا للحرارة. تماماً مثل مغناطيسات النيوديميوم، مغناطيسات الكوبالت الساماريوم تحتاج أيضاً إلى طلاء لمنع التآكل.

 

ومع ذلك، فإن السلبية لهذا النوع من المغناطيس هي قوته الميكانيكية المنخفضة. الملوحة مغناطيسات الكوبالت يمكن أن تصبح هشة بسهولة وتطور الشقوق. ومع ذلك، في الحالات التي تكون فيها درجة حرارة عالية ومقاومة للتآكل ضرورية، قد تكون مغناطيسات الكوبالت الساماريوم هي الخيار الأنسب.

 

مغناطيسات النيوديميوم تتفوق في درجات الحرارة المنخفضة، في حين أن مغناطيسات السامونيوم الكوبالت تعمل بشكل أفضل فيدرجات حرارة أعلى.. من المعروف أن مغناطيسات النيوديميوم هي أقوى مغناطيسات دائمة في درجة حرارة الغرفة وحتى حوالي 180 درجة مئوية بناءً على المغناطيسية المتبقية (Br). ومع ذلك، فإن قوتها تنخفض بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة. عندما تكون درجات الحرارة قريبة من 180 درجة مئوية، مغناطيسات السامونيوم الكوبالت تبدأ فيتجاوزمغناطيسات النيوديميوم في أداء

 

السامونيوم الكوبالت يرتبطثاني أقوى مادة مغناطيسية ويمتلك مقاومة استثنائية لعدم المغناطيسية.. يستخدم عادة في صناعة الطيران والفضاء وغيرها من القطاعات التي تعطي الأولوية للأداء على التكلفة.

 

مغناطيسات الكوبالت الساماريوم، التي تم تطويرها في سبعينيات القرن الماضي، تظهر قوة مغناطيسية أعلى مقارنة بمغناطيسات السيراميك والألومنيوم والنيكل والكوبالت، على الرغم من أنها لا تصل إلى مقناطيسية مغ يتم تصنيف هذه المغناطيسات بشكل رئيسي إلى مجموعتين بناءً على مستويات الطاقة. المجموعة الأولى، المعروفة باسمSm1Co5 (1-5)، يمتاز بمجموعة من منتجات الطاقة15 إلى 22 مليون يورو.. من ناحية أخرى، المجموعة الثانية،Sm2Co17 (2-17)، يشمل نطاق طاقة22-32 مليون يورو..

 

يتم تصنيع كل من مغناطيس الكوبالت السامريوم والنيوديميوم من المعادن المسحوقة. يتم ضغطها تحت تأثير مجال مغناطيسي قوي قبل الخضوع لعملية التجمد.

 

مغناطيسات النيوديميوم حساسة للغاية للعوامل البيئية، في حين أن مغناطيسات الأرض النادرة الكوبالت الساماريوم تظهر مقاومة ممتازة للتآكل. يمكن أن تتحمل مغناطيسات الأرض النادرة الكوبالتية الساماريوم درجات حرارة عالية دون فقدان مغناطيسيتها ، في حين يجب استخدام مغناطيسات النيوديميوم بحذر فوق درجة حرارة الغرفة. مغناطيسات النيوديميوم أكثر استدامة مقارنة بمغناطيسات الكوبالت الساماريوم ويمكن معالجتها بسهولة وإدراجها في مجموعات مغناطيسية. تتطلب كلتا المواد استخدام أدوات الماس، EDM، أو طحن أثناء عملية التصنيع.

بعد ذلك دعونا نتعلم عن مغناطيسات النيكو

 

مغناطيسات الألومنيوم والنيكل والكوبالت (AlNiCo)هي مواد مغناطيس دائمة تقليدية تتكون أساسا منالألومنيوم، النيكل، والكوبالت.يُعتبر أحد أقدم المغناطيسات الدائمة التجارية المعاصرة،ت. ميشيمافي اليابان خلال بداية القرن العشرين.

 

على الرغم من بقائها الملحوظ ، فإن صلابتها المتواضعة نسبيا تؤدي إلى انخفاض منتج الطاقة المغناطيسية (BH) max مقارنةً بأنواع المغناطيس الأخرى. يمتلك الألنيكو الصب القدرة على التشكل إلى أشكال معقدة ، في حين أن الألنيكو المختلط يظهر خصائص مغناطيسية أقل قليلاً ولكن خصائص ميكانيكية متفوقة بسبب بنيته الدقيقة للحبوب ، مما يؤدي إلى توزيع تدفق موحد

 

يتضمن صهر النيكو الذوبان التحفيزي ، وطحن الجسيمات الدقيقة ، والضغط ، والصهر ، والاختبار ، والتغليف ، والغراء. تؤثر طرق تصنيع مختلفة على خصائص المغناطيس، مع التجمد الذي يعزز الصفات الميكانيكية والصب الذي يعزز كثافة الطاقة.

 

مغناطيسات الأنيكو المختلطة تأتي في درجات تتراوح من1.5 إلى 5.25 MGOe، بينما المغناطيسات المصبوبة تتراوح منمن 5.0 إلى 9.0 MGOe.. مغناطيسات الأنيكوكو غير النظيفة تقدم خيارات توجيه مغناطيسية مخصصة ، مما يوفر تنوعًا قيمًا.

 

سبائك الألومنيوم والنيكل الكوبالت تظهر درجات حرارة عمل عالية أقصى ومقاومة للتآكل استثنائية. بعض الدرجات من الألومنيوم النيكل الكوبالت يمكن أن تعمل في درجات حرارة تتجاوز500 درجة مئويةتستخدم هذه المغناطيسات على نطاق واسع في الميكروفونات والمتحدثين ومصادر الغيتار الكهربائي والمحركات وأنابيب الموجات السائحة وأجهزة استشعار هال وغيرها من التطبيقات المختلفة.

 

وأخيراً، دعونا نفهم المغناطيس الذي لديه أغلى ميزة في السعر، وهو مغناطيس الفيرريت!

 

مغناطيسات الفيرريت، المعروف أيضاً باسممغناطيسات السيراميك، تتكون من أكسيد الحديد المختلط مع مواد مثل كربونات الباريوم أو كربونات السترونسيوم. هذه المغناطيسات معروفة بقدرتها علىالتسعير الاقتصادي، مقاومة فعالة للتآكل، والقدرة على الحفاظ على الاستقرار في درجات الحرارة العالية حتى 250 درجة مئوية

بينما خصائصها المغناطيسية هيليس قوياً مثل مغناطيسات NdFeB، فعالية تكلفة مغناطيسات الفيرريت تجعلها مناسبةعلى نطاق واسعالتصنيع هذه الميزة من حيث التكلفة تنبع من استخدام مواد رخيصة ومتاحة بسهولة غير استراتيجية في الطبيعة.

 

 

يمكن أن تكون المغناطيسات السيراميكية عازلة، تظهر خصائص مغناطيسية موحدة في جميع الاتجاهات، أو أنيسوتروبية، تظهر المغناطيسية في محاذاة مع اتجاه التوتر. أقوى مغناطيسات السيراميك يمكن أن تصل إلى طاقة مغناطيسية3.8 مليون يورو، مما يجعلها أضعف نوع من المغناطيس الدائم. على الرغم من خصائصها المغناطيسية المتواضعة ، فإنها توفر مرونة متفوقة لعدم المغناطيسية مقارنة بنوع آخر من المغناطيس.

 

المغناطيسات السيراميكية تظهرطاقة مغناطيسية منخفضةالمنتج وامتلاكمقاومة التآكل الممتازةتستخدم عادة جنبا إلى جنب مع مكونات الفولاذ منخفض الكربون ومناسبة للاستخدام في بيئات درجة الحرارة المعتدلة.

 

عملية تصنيع المغناطيسات السيراميكية تنطوي على الضغط والحفر ، مع استخدام عجلات طحن الماس الموصى بها بسبب طبيعتها الهشة.

 

بشكل عام، المغناطيسات السيراميكية توفر توازناً بين القوة المغناطيسية وكفاءة التكلفة، مع كسر قوتها من خلال مقاومة التآكل الممتازة. فهي متينة، مقاومة لعدم المغناطيسية، وخيار فعال من حيث التكلفة لمختلف التطبيقات مثل الألعاب والحرف والحركات.

 

مغناطيسات الأرض النادرة تعزز بشكل كبير الاعتبارات المتعلقة بالوزن أو الحجم ، في حين أن الفيريتات مفضلة للتطبيقات التي لا تتطلب كثافة طاقة عالية ، مثل النوافذ الكهربائية والمقاعد والمفاتيح والمروحة والمتنفسات في الأجه