هل الألومنيوم معدن مغناطيسي؟

الألومنيوم لامع وموصل وفي كل مكان - ولكن لماذا لا يلتصق بالمغناطيس مثل الحديد؟ يبدو أنه يجب أن يلتصق. هذا السلوك الغريب يحير الكثيرين.

لا، الألومنيوم ليس معدنًا مغناطيسيًا. فهو مصنَّف على أنه بارامغناطيسي بارامغناطيسي، وهو ما يعني أنه يتفاعل بشكل ضعيف مع المجالات المغناطيسية لكنه لا يحتفظ بالمغناطيسية أو يجذب المغناطيس.

دعونا نستكشف العلم وراء هذا السلوك، وكيف يتصرف الألومنيوم في البيئات المغناطيسية، ولماذا لا يزال مهمًا للمهندسين والمصنعين والعلماء على حد سواء.

ما الذي يجعل الألومنيوم غير مغناطيسي على الرغم من كونه معدنًا؟

يتمتع الألومنيوم بالعديد من الخواص الفيزيائية نفسها التي يتمتع بها المعادن الأخرى مثل التوصيل والقوة. فلماذا إذن يتصرف بشكل مختلف حول المغناطيس؟

الألومنيوم غير مغناطيسي لأن بنيته الذرية تفتقر إلى المجالات المغناطيسية الموجودة في المواد المغناطيسية الحديدية. وعلى الرغم من احتوائه على إلكترونات غير مزاوجة، فإنه لا يحتفظ بالمجالات المغناطيسية أو يستجيب لها بقوة.

لماذا يحدث هذا على المستوى الذري

المعادن مثل الحديد مغناطيسية حديدية لأنها تحتوي على نطاقات مغناطيسية مجهرية. هذه المجالات هي مناطق تصطف فيها العزوم المغناطيسية للذرات في نفس الاتجاه. وعند تعرضها لمجال مغناطيسي، يمكن لهذه المجالات أن تصطف وتحتفظ باتجاهها حتى بعد إزالة المجال.

ومع ذلك، يتصرف الألومنيوم بشكل مختلف:

على الرغم من أن الألومنيوم يحتوي على إلكترونات غير مزاوجة، والتي تساهم عادةً في المغناطيسية، فإن هذه الإلكترونات موزعة على نطاق واسع ولا تتفاعل بقوة كافية لتكوين نطاقات. ولهذا السبب لا يمكن للألومنيوم أن يتصرف مثل الحديد أو النيكل في المجالات المغناطيسية.

هل يتفاعل الألومنيوم مع المجالات المغناطيسية على الإطلاق؟

لا ينجذب الألومنيوم إلى المغناطيس - لكن هذا لا يعني أنه يتجاهل المجالات المغناطيسية تمامًا. فهو يتفاعل في الواقع بطرق خفية ولكنها مهمة.

نعم، يتفاعل الألومنيوم مع المجالات المغناطيسية. على الرغم من أنه لا يجذب المغناطيس، إلا أنه يستجيب بشكل ضعيف من خلال البارامغناطيسية البارامغناطيسية وبشكل أكثر وضوحًا من خلال التيارات الدوامة عند تعرضه لمجالات مغناطيسية متغيرة.

ما يحدث عندما يكون الألومنيوم بالقرب من مجال مغناطيسي

عندما يوضع الألومنيوم في مجال مغناطيسي:

• إذا كان الحقل ثابت (غير متغيرة)، فهي لا تستجيب إلا بشكل ضعيف للغاية بسبب طبيعتها البارامغناطيسية.
• إذا كان الحقل التغيير (كما هو الحال عندما يتحرك مغناطيس بالقرب منها)، يمكن أن يولد الألومنيوم التيارات الدوامة. تعارض تيارات الدوامة هذه حركة المغناطيس بسبب قانون لينز.

هذا التأثير ملحوظ بشكل خاص في العروض العلمية حيث يسقط مغناطيس قوي عبر أنبوب من الألومنيوم. يسقط المغناطيس ببطء، ليس لأن الألومنيوم يجذبه، ولكن لأن التيارات الدوامة تخلق مجالًا مغناطيسيًّا يقاوم السقوط.

أهمية ذلك في الهندسة الواقعية

تُستخدم فرملة التيار الدوامي في:

• الأفعوانيات الدوارة للفرملة الآمنة والهادئة
• قطارات الرفع المغناطيسي
• أنظمة التدفئة الحثية

على الرغم من أن الألومنيوم ليس مغناطيسيًا بالمعنى المعتاد، إلا أن قدرته على التفاعل مع المجالات المغناطيسية الديناميكية تجعله مفيدًا للغاية.

هل يمكن مغنطة الألومنيوم في ظروف خاصة؟

الألومنيوم معدن، وهو موصِّل للكهرباء، ويستجيب للمجالات - فهل من الممكن مغنطرته إذا حاولنا جاهدين بما فيه الكفاية؟

لا، لا يمكن مغنطة الألومنيوم تحت أي ظروف. فهو لا يمتلك بنية المجال المغناطيسي اللازمة للمغنطيسية الدائمة، حتى في المجالات الخارجية القوية.

ماذا عن المغناطيسات القوية للغاية؟

حتى في البيئات المغناطيسية عالية الكثافة مثل آلات التصوير بالرنين المغناطيسي أو المغناطيس فائق التوصيل في المختبرات، فإن الألومنيوم

• هل لا تتماشى مع النطاقات
• هل لا تصبح مغناطيسًا دائمًا
• المعروضات فقط مؤقتة وضعيفة السلوك الناتج عن التيارات المستحثة أو الجذب البارامغناطيسي الضعيف

يختفي هذا السلوك المؤقت في اللحظة التي يتم فيها إزالة المجال المغناطيسي.

لماذا لا يزال المصنعون يهتمون

يجب أن يأخذ المصنعون ومصممو المنتجات في الحسبان غير مغناطيسية طبيعة الألومنيوم:

• إنه مثالي في الإلكترونيات و الأجهزة الطبية، حيث يمكن أن يسبب التداخل المغناطيسي ضررًا.
• يُستخدم في حاويات لمحركات الأقراص الصلبة و أدوات متوافقة مع التصوير بالرنين المغناطيسي لهذا السبب.
• إنه ذو قيمة في قطع غيار الطائرات والسيارات التي يجب أن تتجنب التداخل مع أنظمة الملاحة أو التحكم.

حتى في التطبيقات الدفاعية، يتم اختيار المعادن غير المغناطيسية لتجنب إثارة الألغام المغناطيسية أو أنظمة الكشف.

لماذا يُعَدُّ الألومنيوم بارامغناطيسيًّا وليس مغناطيسيًّا حديديًّا؟

هذا التمييز يربك الكثير من الناس، خاصة وأن الألومنيوم لا يزال فلزًّا. لكن مصطلحي البارامغناطيسية والمغناطيسية الحديدية يشيران إلى السلوك على المستوى الذري.

والألومنيوم بارامغناطيسي لأنه يحتوي على إلكترونات غير مزاوجة تستجيب بشكل ضعيف للمجالات المغناطيسية الخارجية. وهو ليس مغناطيسيًا حديديًا لأنه يفتقر إلى المجالات المغناطيسية التي تحاذي المغناطيسية وتحتفظ بها.

دعونا نقسم النوعين:

البارامغناطيسية في الحياة اليومية

معظم المواد البارامغناطيسية:

• ضعيفة في استجابتها للمغناطيس
• غير لاصقة للمغناطيس الدائم
• من الصعب ملاحظة ذلك إلا في بيئة معملية

تشمل العناصر البارامغناطيسية الأخرى ما يلي المغنيسيوم, الليثيومو التنتالوم-والتي تتصرف بشكل مشابه للألومنيوم.

لماذا يؤثر ذلك على كيفية تصميمنا للأنظمة

معرفة أن الألومنيوم بارامغناطيسي يساعد المهندسين:

• اختر المواد المناسبة لـ التدريع الكهرومغناطيسي
• البناء حاويات آمنة للإلكترونيات
• تجنب التداخل في معدات الملاحة وأجهزة الاستشعار والاتصالات

ويوضح أيضًا سبب عدم ملاءمة الألومنيوم لصناعة المغناطيس أو الأنظمة الحساسة للمغناطيس.

الخاتمة

الألومنيوم ليس معدنًا مغناطيسيًا. فهو بارامغناطيسي - أي أنه يستجيب بشكل ضعيف للمجالات المغناطيسية ولكنه لا يمكن أن يكون ممغنطًا أو يجذب المغناطيس مثل الحديد. هذا السلوك الفريد، على الرغم من دقته، له تطبيقات قوية في الهندسة والتصنيع والتصميم.