أقوى مغناطيس نيوديميوم نيوديميوم
تقاس عادةً أقوى مغناطيسات النيوديميوم عادةً بمنتج الطاقة المغناطيسية الخاص بها، وهو الحد الأقصى لكمية الطاقة المغناطيسية المخزنة في المادة لكل وحدة حجم. مغناطيس النيوديميوم، والمعروف أيضًا باسم مغناطيس NdFeB (نيوديميوم حديد البورون)، هو أقوى أنواع المغناطيسات الدائمة المتاحة تجاريًا.
قد يكون لدى العديد من الأصدقاء هذا السؤال، هل المغناطيسات التي لها نفس الأداء والحجم لها نفس قوة الشفط؟ يُقال على الإنترنت أن قوة شفط مغناطيس NdFeB تبلغ 640 ضعف وزنه. هل هذا موثوق؟
يمكن أن ينتشر هذا السؤال في الواقع، أي ما هي العوامل المرتبطة بجاذبية المغناطيس. بادئ ذي بدء، يجب أن يكون واضحًا أن المغناطيس له قوة امتزاز على المواد المغناطيسية الحديدية فقط، فأقوى مغناطيسات النيوديميوم هي ثلاثة أنواع فقط من المواد المغناطيسية الحديدية في درجة حرارة الغرفة، وهي الحديد والكوبالت والنيكل وسبائكها. ليس لها قوة امتزاز على المواد غير المغناطيسية.
يمكن العثور على بعض الصيغ لحساب الشفط على الإنترنت:
و=ك=ك*ب²²*س/2
F=0.577.577*S*B²
هل هذه الصيغ دقيقة؟ الإجابة غير دقيقة، لكن الاتجاه لا بأس به.
يرتبط حجم قوة شفط المغناطيس بقوة المجال المغناطيسي ومساحة الامتصاص. فكلما زادت شدة المجال المغناطيسي، زادت مساحة الامتصاص وزادت قوة الشفط.
السؤال التالي هو: هل المغناطيسات التي لها نفس الحجم لها نفس قوة الشفط إذا كانت مسطحة أو أسطوانية أو ممدودة؟ إذا لم يكن كذلك، فأيهما له قوة الشفط الأكبر؟
أول شيء مؤكد هو أن قوة الشفط ليست واحدة. أي نوع من قوة الشفط هو الأكبر يعتمد على تعريف الحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية القصوى. عندما تكون نقطة العمل لأقوى مغناطيس نيوديميوم نيوديميوم بالقرب من الحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية، يكون للمغناطيس أقصى طاقة عمل.
إن قوة الامتصاص لأقوى مغناطيسات النيوديميوم هي أيضًا مظهر من مظاهر العمل، وبالتالي فإن قوة الشفط المقابلة هي الأكبر أيضًا. ما يجب ملاحظته هنا هو أن الجسم المراد جذبه يجب أن يكون كبيرًا بما فيه الكفاية ويحتاج إلى تغطية حجم القطب المغناطيسي بالكامل، بحيث يمكن تجاهل المادة والحجم والشكل والعوامل الأخرى للجسم المراد جذبه.
كيفية الحكم على ما إذا كانت نقطة عمل المغناطيس عند نقطة تراكم الطاقة المغناطيسية القصوى. عندما يتم امتزاز المغناطيس مباشرة بالمادة المراد جذبها، يتم تحديد قوة امتصاصه من خلال المجال المغناطيسي لفجوة الهواء وحجم منطقة الامتزاز.
بأخذ مغناطيس أسطواني كمثال، عندما يكون H/D≈0.6، يكون مركزه Pc≈1، وعندما يكون بالقرب من نقطة عمل منتج الطاقة المغناطيسية القصوى، تكون قوة الشفط في أقصى حد.
وهذا يتوافق أيضًا مع قاعدة أن المغناطيسات عادةً ما تكون مصممة بشكل مسطح نسبيًا كأجزاء امتصاص. إذا أخذنا المغناطيس N35 D10*6 D35 كمثال، يمكن لمحاكاة FEA حساب أن قوة امتصاص الصفيحة الحديدية تبلغ حوالي 27 نيوتن، وهي تقريبًا القيمة القصوى لمغناطيس من نفس الحجم وتبلغ 780 ضعف وزنه.
أقوى مغناطيس نيوديميوم يشبه المغناطيس الدائري. عندما يتم امتصاصه مباشرة إلى المادة المراد جذبها، فإن المركز Pc≈1، أي بالقرب من نقطة تشغيل منتج الطاقة المغناطيسية القصوى، ستصل قوة الشفط إلى القيمة القصوى لمغناطيس من نفس الحجم، مثل 10*10*6.5 أو 15*10*8.
بالطبع، ما سبق هو فقط حالة الامتزاز لقطب واحد من المغناطيس. أما إذا كان المغنطة متعدد الأقطاب، فستكون قوة الشفط مختلفة تمامًا. ستكون قوة الشفط في حالة المغنطة متعددة الأقطاب أكبر بكثير من قوة المغنطة أحادية القطب (بشرط أن تكون المسافة بين المغناطيس والجسم الممتز صغيرة).
لماذا تتغير قوة الشفط كثيرًا بعد جعل المغناطيسات من نفس الحجم ممغنطة متعددة الأقطاب؟ السبب هو أن مساحة الامتصاص S تظل دون تغيير، لكن قيمة كثافة التدفق المغناطيسي B للجسم المراد جذبه تزداد كثيرًا.
يمكن أن نرى من مخطط خط المجال المغناطيسي أدناه، بالنسبة للمغناطيس متعدد الأقطاب، تزداد كثافة خطوط المجال المغناطيسي التي تمر عبر الصفيحة الحديدية بشكل كبير. إذا أخذنا المغناطيس N35 D10*6 N35 كمثال، فإنه يُصنع ممغنطًا ثنائي القطب. تبلغ قوة الامتصاص المحاكاة في محاكاة FEA للصفيحة الحديدية حوالي 1100 ضعف وزنها.
نظرًا لأن أقوى مغناطيسات النيوديميوم مصنوعة من مغناطيسات النيوديميوم متعددة الأقطاب والممغنطة، فإن كل قطب يعادل مغناطيسًا أكثر رشاقة، وقد تغيرت قيمة Pc الخاصة به. لم يعد من الممكن حسابه استنادًا إلى قيمة Pc للحجم الكلي، لذلك لم يعد حجمه الأمثل هو H/D≈ 0.6، بل مغناطيس أكثر انسيابية. يرتبط الحجم المحدد بطريقة المغنطة متعددة الأقطاب وعدد الأقطاب.
يمكن أن تختلف قوة مغناطيس النيوديميوم الأقوى اعتمادًا على عوامل مثل درجة المغناطيس وتركيبته المحددة. يُشار إلى درجات مغناطيس النيوديميوم بسلسلة من الأحرف متبوعة بأرقام، مثل N35، N42، N52، إلخ. كلما كان الرقم أعلى، كلما كان أقوى مغناطيس نيوديميوم أقوى.
فيما يلي بعض من أقوى درجات مغناطيسات النيوديميوم المتوفرة عادةً:
N52: هذه إحدى أقوى الدرجات المتاحة تجاريًا، حيث توفر قوة مغناطيسية عالية جدًا.
N50: أقل قليلاً في القوة مقارنةً بـ N52، ولكنها لا تزال قوية للغاية.
N42: على الرغم من أن مغناطيس N42 ليس بقوة N52 أو N50، إلا أنه لا يزال يوفر قوة مغناطيسية كبيرة ويستخدم عادةً في تطبيقات مختلفة.
N35: توفر هذه الدرجة قوة مغناطيسية أقل مقارنةً بالدرجات الأعلى، ولكنها تظل أقوى من العديد من الأنواع الأخرى من مغناطيسات النيوديميوم الأقوى.
من المهم ملاحظة أنه على الرغم من أن الدرجات الأعلى مثل N52 توفر مجالات مغناطيسية أقوى، إلا أنها أيضًا أكثر هشاشة وعرضة للتقطيع أو الكسر إذا أسيء التعامل معها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمغناطيسات الأقوى أن تشكل مخاطر على السلامة بسبب مجالاتها المغناطيسية الشديدة، لذلك يجب دائمًا اتخاذ احتياطات التعامل المناسبة مع أقوى مغناطيسات النيوديميوم.
عند شراء أقوى مغناطيسات النيوديميوم، ضع في اعتبارك احتياجاتك الخاصة ومتطلبات الاستخدام لاختيار الدرجة التي تناسب أغراضك على أفضل وجه. بالإضافة إلى ذلك، تأكد من التعامل مع هذه المغناطيسات بعناية واتباع إرشادات السلامة لتجنب الحوادث أو الإصابات.
بينما يقاس أداء المغناطيس غالبًا بمعلمات مثل القوة المغناطيسية (منتج الطاقة المغناطيسية) والدرجة، تتأثر قوة الشفط بعوامل مختلفة تتجاوز مجرد قوة المغناطيس.
تتأثر قوة الشفط، خاصة في سياق المغناطيس، بعوامل مثل:
مساحة السطح: كلما زادت مساحة سطح المغناطيس، زادت قوة الشفط التي يمكنه توليدها. وذلك لأن مساحة السطح الأكبر تسمح بتلامس أكبر بين المغناطيس والجسم الذي يجذبه.
المسافة: تقل قوة الشفط مع المسافة. كلما اقترب المغناطيس من الجسم الذي يجذبه، زادت قوة الجذب.
مادة الجسم المجذوب: يمكن أن تؤثر تركيبة الجسم المنجذب على قوة الشفط. على سبيل المثال، المواد المغناطيسية الحديدية مثل الحديد والنيكل والكوبالت تنجذب بقوة إلى المغناطيس، في حين أن المواد غير المغناطيسية مثل الألومنيوم أو النحاس لا تنجذب.
حالة السطح: يمكن أن تؤثر حالة السطح لكل من مغناطيس النيوديميوم الأقوى والجسم المنجذب على قوة الشفط. توفر الأسطح الملساء والنظيفة تلامسًا أفضل وبالتالي قوة شفط أقوى.
الاتجاه: يمكن أن يؤثر اتجاه مغناطيس النيوديميوم الأقوى بالنسبة للجسم المنجذب على قوة الجذب. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي وضع المغناطيس مع محاذاة أقطابه بطريقة معينة إلى زيادة أو تقليل قوة الشفط.
ولذلك، فإن مغناطيسين بنفس الأداء من حيث القوة المغناطيسية والحجم قد لا يكون لهما بالضرورة نفس قوة الشفط. هناك عوامل أخرى، كما ذكرنا أعلاه، تلعب أيضًا دورًا مهمًا في تحديد قوة الشفط الإجمالية لأقوى مغناطيسات النيوديميوم.
منتج الطاقة المغناطيسية هو مقياس لأقصى قدر من الطاقة المغناطيسية التي يمكن تخزينها في مادة مغناطيسية لكل وحدة حجم. وبعبارة أبسط، يشير إلى مدى قوة مغناطيس النيوديميوم بالنسبة لحجمه.
بالنسبة للمغناطيسات الدائمة، مثل مغناطيسات النيوديميوم، فإن ناتج الطاقة المغناطيسية هو معلمة مهمة تحدد قوتها. ويُشار إليه عادةً بالرمز (BH)، حيث:
B يمثل كثافة التدفق المغناطيسي (المعروف أيضًا باسم الحث المغناطيسي) مقيسة بوحدة تسلا (T).
H تمثل شدة المجال المغناطيسي (المعروفة أيضًا باسم قوة المغنطة) مقيسة بالأمبير لكل متر (A/m).
يتم الحصول على قيمة (BH) القصوى من خلال ضرب القيم القصوى لـ B وH التي يمكن أن تصل إليها المادة. وهي تمثِّل أساسًا حاصل ضرب كثافة التدفق المغناطيسي وشدة المجال المغناطيسي عند نقطة كثافة الطاقة القصوى في منحنى التباطؤ في المادة.
يشير منتج الطاقة المغناطيسية الأعلى إلى مغناطيس أقوى. هذه المعلمة ضرورية في مختلف التطبيقات التي يكون فيها تعظيم القوة المغناطيسية مع تقليل حجم المغناطيس ووزنه إلى الحد الأدنى، كما هو الحال في المحركات الكهربائية والمولدات والفواصل المغناطيسية وأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).
تُستخدم مغناطيسات النيوديميوم، بسبب ناتج طاقتها المغناطيسية العالية، على نطاق واسع في العديد من التقنيات الحديثة التي تتطلب مجالات مغناطيسية قوية في تصميمات مدمجة.
كيف يتم حساب ناتج الطاقة المغناطيسية؟
يُحسب ناتج الطاقة المغناطيسية (BH) الأقصى للمادة المغناطيسية بضرب كثافة التدفق المغناطيسي القصوى (B) وأقصى شدة مجال مغناطيسي (H) التي يمكن أن تصل إليها المادة.
رياضيًا، يمكن التعبير عنها رياضيًا على النحو التالي:
(ب هـ)_{\نص{ماكس}} = ب \أضعاف ح
أين:
(BH)_{\text{max}}(BH)max هو حاصل ضرب الطاقة المغناطيسية.
BB هي كثافة التدفق المغناطيسي القصوى، وتُقاس عادةً بوحدة تسلا (T).
HH هي أقصى شدة مجال مغناطيسي، وتقاس عادةً بالأمبير لكل متر (A/m).
ولإيجاد القيم القصوى لـ BB وHH، يقوم المهندسون والباحثون بإجراء تجارب مغنطة على المادة. وتتضمن هذه التجارب تعريض المادة لمجال مغناطيسي خارجي وقياس الحث المغناطيسي الناتج (BB) وقوة المغنطة (HH). من خلال تغيير شدة المجال المغناطيسي الخارجي، يمكنهم تحديد القيم القصوى لقوة الحث المغناطيسي (BB) وقوة المغنطة (HH) التي يمكن أن تتحملها المادة قبل أن تصبح أقوى مغناطيسات النيوديميوم المشبعة.
بمجرد تحديد القيم القصوى ل BB وHHH، يتم ضربهما معًا للحصول على قيمة (BH) القصوى، والتي تمثل الحد الأقصى لكمية الطاقة المغناطيسية المخزنة في المادة لكل وحدة حجم. تُستخدم هذه القيمة كمقياس للقوة المغناطيسية للمادة، وهي مهمة للتطبيقات المختلفة التي تتضمن مغناطيسًا دائمًا.
