اقرأ في هذا المقال
- ما هي ظاهرة التباطؤ المغناطيسي؟
- مثال عملي على ظاهرة التباطؤ المغناطيسي
- المغناطيسية المتبقية – Residual Magnetism
- تطبيقات التباطؤ المغناطيسي
ما هي ظاهرة التباطؤ المغناطيسي؟
تُعرف ظاهرة كثافة التدفق (B) المتخلفة عن قوة المغناطيس (H) في مادة مغناطيسية بالتباطؤ المغناطيسي. كلمة (Hysteresis) مشتقة من الكلمة اليونانية (Hysterein) وتعني التخلف.
أي أنّه عندما يتم جعل المادة المغناطيسية ممغنطة أولاً في اتجاه واحد ثم تتغير في الاتجاه الآخر، وذلك لإكمال دورة واحدة فقط من المغنطة، يتبين لنا أنّ كثافة التدفق المغناطيسي (B) تتأخر عن القوة المغناطيسية المطبقة (H).
شرح ظاهرة التباطؤ المغناطيسي:
هناك أنواع مختلفة من المواد المغناطيسية مثل المواد المغناطيسية متوازية المغناطيسية (paramagnetic)، والمغناطيسية (diamagnetic)، والمواد المغناطيسية عالية النفاذية (ferromagnetic)، والمواد المغناطيسية (ferromagnetic) والمواد المغناطيسية المضادة (antiferromagnetic). المواد المغناطيسية الحديدية (ferromagnetic) هي المسؤولة بشكل أساسي عن توليد الحلقة التخلفية.
عندما لا يتم تطبيق المجال المغناطيسي، تتصرف المادة المغناطيسية الحديدية أو عالية النفاذية مثل مادة مغناطيسية متوازية. هذا يعني أنّه في المرحلة الأوليّة لا يتم محاذاة ثنائي القطب للمادة المغناطيسية، يتم وضعها بشكل عشوائي. حالما يتم تطبيق المجال المغناطيسي على المادة المغناطيسية الحديدية، فإنّ لحظات ثنائية القطب تصطف في اتجاه واحد معين، مما ينتج عنه مجال مغناطيسي أقوى بكثير.
مثال عملي على ظاهرة التباطؤ المغناطيسي:
لفهم ظاهرة التباطؤ المغناطيسي، تخيل وجود حلقة من مادة مغناطيسية ملفوفة بشكل موحد مع الملف اللولبي. يتم توصيل الملف اللولبي بمصدر التيار المستمر من خلال مفتاح قابل للانعكاس ثنائي القطب (D.P.DT).
في البداية، يكون المفتاح في الموضع (1) على سبيل المثال. بتخفيض قيمة (R)، تزداد قيمة التيار في الملف اللولبي تدريجياً مما يؤدي إلى زيادة تدريجية في شدة المجال (H)، كما تزداد كثافة التدفق حتى تصل إلى نقطة التشبع (a) والمنحنى الذي تم الحصول عليه هو (oa).
يحدث التشبع عندما يتم زيادة التيار، العزم المغناطيسي ثنائي القطب أو جزيئات مادة المغناطيس يجب عليها محاذاة نفسها في اتجاه واحد، ليتم عن طريقها خفض التيار في الملف اللولبي إلى الصفر، وليتم تقليل قوة المغناطيس تدريجياً إلى الصفر.
لكن قيمة كثافة التدفق لن تكون صفراً لأنّها لا تزال تحتوي على القيمة (ob) عندما يكون (H = 0)، وبالتالي فإنّ المنحنى الذي تم الحصول عليه هو (ab). هذه القيمة (ob) لكثافة التدفق ناتجة عن المغناطيسية المتبقية.
المغناطيسية المتبقية – Residual Magnetism:
تسمى قيمة كثافة التدفق التي تحتفظ بها المادة المغناطيسية بخواصها المغناطيسية “بالمغناطيسية المتبقية”، وتُعرف قوة الاحتفاظ بها باسم الاحتفاظ بالمواد (Retentivity of the material).
الآن لنعمل على إزالة مغنطة الحلقة المغناطيسية الموجودة لدينا، سوف يتم تغيير موضع المفتاح الكهربائي القابل لعكس اتجاهه إلى الوضع (2)، وبالتالي، يتم عكس اتجاه التيار في الملف اللولبي الشكل مما يعمل على عكس قوة المغنطة والتي رمزها (H).
عندما يتم زيادة قوة المغنطة (H) في الاتجاه العكسي، تبدأ كثافة التدفق في التناقص التدريجي وتصبح صفراً (B = 0) ويتبع المنحنى المسار (bc). وبالتالي تتم إزالة المغناطيسية المتبقية من المادة الممغنطة عن طريق تطبيق القوة الممغنطة المعروفة باسم القوة القسرية في الاتجاه المعاكس (Coercive force in the opposite direction).
ما هي القوة القسرية – Coercive Force؟
تسمى قيمة القوة الممغنطة (OC) التي نحتاجها لتقضي على المغناطيسية المتبقية لدينا (OB) بالقوة القسرية في منحنى التخلفية. الآن لإكمال حلقة التباطؤ، تزداد قوة المغنطة (H) وتصبح في الاتجاه العكسي حتى تصل إلى نقطة التشبع (D) ولكن تصبح في الاتجاه السالب، يتتبع المنحنى المسار (CD). يتم تقليل قيمة (H) لتصبح قيمتها صفر (H = 0) ويصبح المنحنى على المسار (DE)، حيث (OE) هي المغناطيسية المتبقية عندما يصبح المنحنى في الاتجاه السالب.
يتم تغيير موضع المفتاح إلى الموضع (1) مرة أخرى من الموضع (2) ويتم زيادة التيار في الملف اللولبي مرة أخرى كما هو الحال في عملية المغنطة وبسبب هذا يتم زيادة (H) في الاتجاه الموجب لتتبع المسار كـ (efa)، وأخيراً، الحلقة التخلفية كاملة. في المنحنى مرة أخرى من القوة الممغنطة، والمعروفة أيضاً باسم القوة القسرية المطلوبة لإزالة المغناطيسية المتبقية (oe).
هنا يُشار إلى القوة القسرية الكلية المطلوبة لمسح المغناطيسية المتبقية في دورة كاملة واحدة بواسطة (cf). من الذي ناقشناه في الأعلى، من الواضح أنّ كثافة التدفق (B) تتخلف للوراء عن القوة الممغنطة (H). ومن ثم تسمى الحلقة (abcdefa) حلقة التباطؤ المغناطيسي أو منحنى التباطؤ.
يؤدي التباطؤ المغناطيسي إلى تبديد الطاقة المهدرة في شكل حرارة. تتناسب الطاقة المهدرة مع مساحة حلقة التخلفية المغناطيسية. هناك نوعان من المواد المغناطيسية، المواد المغناطيسية اللينة (soft magnetic material)، والمواد المغناطيسية الصلبة (hard magnetic material).
المواد المغناطيسية اللينة – Soft magnetic material:
تتكون المادة المغناطيسية اللينة من حلقة تخلفية مغناطيسية ضيقة والتي تحتوي على كمية قليلة من الطاقة المشتتة. إنّها مصنوعة من مواد مثل الحديد، فولاذ السيليكون، وغيرها.
خصائص المواد المغناطيسية اللينة:
- يتم استخدامها في الأجهزة التي تتطلب مجالات مغناطيسية متناوبة (alternating magnetic fields).
- لديها قدر منخفض من القوة القسرية.
- مغنطتها منخفضة.
- خاصية الاحتباس منخفضة.
المواد المغناطيسية الصلبة – Hard magnetic material:
تحتوي المادة المغناطيسية الصلبة على حلقة تخلفية أوسع، وتؤدي إلى كمية كبيرة من تبديد الطاقة ويصعب تحقيق عملية إزالة المغناطيسية فيها.
خصائص المواد المغناطيسية الصلبة:
- لديها خاصية احتباس مرتفعة.
- لديها قدر مرتفع من القوة القسرية.
- لديها درجة تشبع عالية.
تطبيقات التباطؤ المغناطيسي:
- تُستخدم المواد المغناطيسية التي تحتوي على حلقة تخلفية أوسع في أجهزة مثل الشريط المغناطيسي والتسجيلات الصوتية وبطاقات الائتمان والقرص الصلب حيث لا يمكن محو ذاكرتها بسهولة.
- تُستخدم المواد المغناطيسية ذات الحلقة التخلفية الضيقة كمغناطيسات كهربائية وملفات لولبية ومحولات ومرحلات تتطلب الحد الأدنى من تبديد الطاقة.
