מגנטים נדירים בכדור הארץ

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
Gnome-edit-clear.svg
ערך זה זקוק לעריכה: הסיבה לכך היא: ויקיזציה.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.
Gnome-edit-clear.svg
ערך זה זקוק לעריכה: ייתכן שהערך סובל מפגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים, סגנון טעון שיפור או צורך בהגהה, או שיש לעצב אותו.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.

מגנטים נדירים בכדור הארץ הם מגנטים קבועים וחזקים שעשויים מסגסוגת של אלמנטים נדירים שנמצאים בכדור הארץ.

מגנטים נדירים בכדור הארץ הם הסוג החזק ביותר של מגנט שקיימים על כדור הארץ, נושא המגנטים התפתח בשנות ה-70 וה80. מגנטים אלה מייצרים שדות מגנטיים חזקים משמעותית מאשר שדות מגנטים של מתכות נורמטיביות כמו סאמאריום ונאודימיום.

השדה המגנטי שלהם יכול לחרוג ב-1.4. טסלה בניגוד למתכות אחרות אשר חורגות ב-0.5 עד 1 טסלה.

(טסלה היא יחידת מידה סטנדרטית למדידת שדה מגנטי. סימולה T.)

ההתפתחות של מגנטים נדירים בכדור הארץ החלה סביב 1966, כאשר שני מדענים של מעבדת החומרים של חיל האוויר האמריקאי גילו כי סגסוגת של איטריום ו-קובלט היא ללא ספק התרכובת עם האנאיזוטרופיה המגנטית הקבועה הגדולה ביותר מכל חומר שנמצא אז.

הסבר על כוחם[עריכת קוד מקור | עריכה]

המגנטים הנדירים של כדור הארץ הם מתכות שהן פרומגנטיות, כלומר, כמו ברזל ניתן למגנט אותן כדי להפוך למגנטים קבועים.

טמפרטורת הקירי גורמת לפרומגנטיות של המגנט הנדיר להיעלם.

המגנטים הנדירים עשויים מתרכובות שדומות לתרכובות של מתכות המעבר: ברזל, ניקל וקובלט.

הכוח האדיר של המגנטים הנדירים נובע בעיקר משני גורמים:

גורם ראשון הוא שהמבנים הגבישים שלהם מכילים אנאיזוטרפיה גבוהה מאוד.

הגורם השני הוא שהאטומים של המגנטים הנדירים יכולים להיות רגעים מגנטיים גבוהים, משום שמבנה האלקטרונים האלטרנטיבי שלהם מכיל אלקטרונים לא מזוהמים רבים, בניגוד לאלמנטים אחרים, שבהם כמעט כל האלקטרונים קיימים בזוגות עם ספינים מנוגדים.

התכונות המגנטיות[עריכת קוד מקור | עריכה]

כמה מאפיינים חשובים המשמשים להשוואת מגנטים קבועים הם: המגנטיות הנותרת לאחר הרחקת השדה המגנטי אשר מודד את עוצמת השדה המגנטי בין מגנט למגנט בנוסף עוד משפיע הוא ההתנגדות של החומר לניטרול המגנטיות (של משהו) אנרגיית הצפיפות של אנרגיה מגנטית: והטמפרטורה של קורי- הטמפרטורה שבה החומר מאבד את המגנטיות שלו.

למגנטים נדירים בכדור הארץ יש השתירות גבוהה יותר, כפיה גבוהה יותר ומוצר אנרגיה גבוה יותר, אבל לנאודימיום לפחות יש נקודת קירי יותר נמוכה משאר הסוגים.

הטבלה שפה למטה משווה בין הסוגים של המתכות הנדירות: נאודימיום, סמאריום- קובלט למתכות אחרות.

T C (° C) ( BH ) מקסימום (kJ / m 3 ) H ci (kA / m) B r (T) מגנט
310-400 200-440 750-2000 1.0-1.4 Nd 2 Fe 14 B (מודבקים)
310-400 60-100 600-1200 0.6-0.7 Nd 2 Fe 14 B (מלוכדות)
720 120-200 600-2000 0.8-1.1 SmCo 5 (מודבקים)
800 150-240 450-1300 0.9-1.15 Sm (Co, Fe, Cu, Zr) 7 (מודבקים)
700-860 10-88 275 0.6-1.4 אלניקו (מודבקים)
450 10-40 100-300 0.2-0.4 פריט  (מודבקים)

סוגים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סמאריום קובלט- (נוסחה כימית: SmCo5) הוא שייך למשפחת המגנטים הנדירים של כדור הארץ שהומצאו במעבדה. הם פחות בשימוש מאשר נאודימיום משום שעלותו גבוהה יותר כי הוא נוצר באופן מלאכותי ואין למצוא אותו בכמויות כי אינו נמצא בטבע והכוח המגנטי שלו נמוך הרבה יותר מאשר נאודיום.

אך טמפרטורת הקורי שלו גבוה יותר, יצירת הנישה עבור מגנטים אלו יישומים שיש בהם כוח מגנטי גבוה דורש הפעלת טמפרטורות גבוהות.

הם עמידים מאוד לחמצון אך נשברים בקלות ונשברים כאשר הם חשופים להלם תרמי.

ניאודימיום - מגנטי ניאודימיום נוצרו בשנות ה-80', הם המגנטים החזקים ביותר ממשפחה זו ובעלות סבירה יחסית.

הנוסחה הכימית של השגשוגת של המגנט עצמו הוא: Nd2Fe14B או בקיצור NIB.

מגנטי ניאודימיום משמשים ישומים הדורשים חוזק, כגון: מנועים חשמליים עבור כלים אלחוטיים, כוננים קשיחים, מעצורים מגנטיים, ותכשיטים. הם בעלי כוח השדה המגנטי הגבוה ביותר ויש להם כפיפות גבוהה יותר (מה שהופך אותם יציבים מבחינה מגנטית). אבל יש להם טמפרטורת קורי נמוכה יותר פגיעים יותר חמצון מאשר מגנטי סמאריום קובלט. קורוזיה עלולה לגרום מגנטים לא מוגנים לאבד את שכבת פני השטח או להתפורר לתוך כדי אבקה. בכדי למנוע התפוררות ואיבוד פני השטח יש לצפות את שטח המגנט, כגון: זהב, ניקל, אבץ, ציפוי פח ציפוי אפוקסי שרף.

סכנות[עריכת קוד מקור | עריכה]

כוח גדול המופעל על ידי מגנטים נדירים מכדור הארץ יוצר סיכונים שאינם קיימים עם סוגים אחרים של מגנט. אף מגנטים בגודל של כמה סנטימטרים חזקים מספיק כדי לגרום לפציעות בחלקי הגוף כאשר הם נמצאים בין שני מגנטים או מגנט ומשטח מתכת, ואפילו לגרום לעצמות שבורות. מגנטים שקרובים אחד לשני יכולים להתנגש בכוח עצום כל כך, עד שהם יכולים לנפץ סוגים של חומרים מסוימים, והרסיסים המתעופפים מהחומר יכולים לגרום לפציעות.

ישנם מקרים בהם ילדים צעירים שבלעו מספר מגנטים נפצעו קשות במערכת העיכול, והמעיים נמחצו בעקבות המגנטים וגרמו לפציעה חמורה מאוד ואף מוות.

ועדת בטיחות הצרכנים בארצות הברית חוקקו חוק שמגביל את גודל המגנטים הנדירים, אך חוק זה התבטל על ידי החלטת בית משפט פדרלית בארצות הברית נובמבר 2016.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מאז שמחיר המגנטים הפך תחרותי בשנות ה-90, הנאודימיום הוחלף באלניקו ופריט(?) בהרבה תחומים מודרניים וטכנולוגים הדורשים מגנטים חזקים.

שימושים נפוצים[עריכת קוד מקור | עריכה]

יישומים נפוצים של מגנטים נדיר-כדור הארץ כוללים:

  • כונני דיסק קשיח במחשב.
  • טורבינות רוח וגנרטורים
  • רמקולים / אוזניות
  • אופניים ודינמו
  • סורקי MRI
  • סלילי דיג
  • כלים אלחוטיים
  • מנוע סרוו
  • מנועי גרירה וגנרטורים משולבים בכלי רכב היברידיים וחשמליים.
  • פנסים מופעל מכנית, שימוש מגנטים הארץ נדיר להפקת חשמל בתנועה רועדת או מסתובבת (יד כננת מופעל) תנועה
  • שימושים תעשייתיים כגון שמירה על טוהר המוצר, הגנה על ציוד, ובקרת איכות.