إزالة المغناطيسية الأديباتية: المبدأ والعملية والتطبيقات
يتطلب الوصول إلى درجات حرارة منخفضة تقنيات عديدة، ومن بينها إزالة المغناطيسية الأدياباتية. تعمل هذه الطريقة على الخصائص الحرارية والمغناطيسية لبعض الجزيئات.
تستخدم ثلاجة إزالة المغناطيسية الأدياباتية لتبريد المواد من 5 كلفن إلى حوالي 1 كلفن. اقرأ هذه المقالة للتعرف على المواد التي يمكن تبريدها باستخدام إزالة المغناطيسية الأدياباتية. تعرّف أيضًا على عملية التبريد الناتجة عن إزالة المغناطيسية الأدياباتية.
في هذه العملية، يتم إزالة المجال المغناطيسي من مادة مغناطيسية بعد عزلها حراريًا عن محيطها. تقتصر هذه العملية بشكل شبه حصري على المواد البارامغناطيسية. في هذه الحالة، يحدث انخفاض في درجة حرارة المادة العاملة، وهو ما يعرف بالتبريد المغناطيسي.
ما هي الاحتياطات الواجب اتخاذها عند التعامل مع المغناطيس؟
عند العمل بالمغناطيس، يجب تجنب ما يلي:
- يجب عدم تقريب أي مغناطيس من أي جهاز مغناطيسي يعمل بالكهرباء.
- تميل المغناطيسات إلى فقدان خصائصها عند تسخينها أو ضربها أو سقوطها من ارتفاع.
- يجب فصلها بقطعة خشب وقطعتين من الحديد اللين عند طرفيها.
لماذا قد ترغب في إزالة مغناطيسية مغناطيس؟
قد تتساءل عن سبب رغبتك في إتلاف مغناطيس سليم. الإجابة بسيطة: أحيانًا تكون المغناطيسية غير مرغوبة.
على سبيل المثال، إذا كان لديك محرك أقراص مغناطيسي أو أي جهاز تخزين بيانات آخر وترغب في التخلص منه، فأنت لا تريد أن يتمكن أي شخص من الوصول إلى البيانات. إزالة المغناطيسية هي إحدى طرق إزالة البيانات وتحسين الأمان.
هناك حالات مختلفة تصبح فيها الأجسام المعدنية مغناطيسية وتسبب مشاكل. في بعض الحالات، تكمن المشكلة في أن المعدن يجذب معادن أخرى نحوه، بينما في حالات أخرى، يمثل المجال المغناطيسي نفسه مشكلة.
من أمثلة المواد التي تزال مغناطيسيتها: أدوات المائدة، ومكونات المحركات، والأدوات، والأجزاء المعدنية بعد التشغيل الآلي أو اللحام، والقوالب المعدنية.
إقرأ أيضاً… ما هي العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية؟
إزالة المغناطيسية الأدياباتية: ما هي؟
يعد التبريد المغناطيسي إحدى الطرق الفعالة لتبريد الأجسام. وهو يعتمد على العلاقة بين تأثيرات المجال المغناطيسي المطبق وانتروبيا المادة.
تجرى عملية إزالة المغناطيسية الأدياباتية ضمن التبريد المغناطيسي، مستغلةً الخواص البارامغناطيسية لتبريد بعض المواد. ويعتمد هذا على أن إنتروبيا المواد البارامغناطيسية تكون أقل في المجال المغناطيسي.
أما المناطق المغناطيسية المتراصة في المجال البارامغناطيسي فتُنتج إنتروبيا أقل. وبالتالي، تقل العشوائية في وجود المجال المغناطيسي، وبالتالي يمكن للمادة أن تصل إلى درجة حرارة أقل من درجة كلفن واحدة.
التبريد بعملية إزالة المغناطيسية الأدياباتية
يسمح للعينة، التي يجب تبريدها، بملامسة خزان بارد. يحافظ على هذا الخزان البارد عند درجة حرارة ثابتة تتراوح بين 2-3 كلفن تقريبًا. يستحث مجال مغناطيسي في منطقة العينة.
تزداد شدة المجال المغناطيسي عندما تصل العينة إلى حالة توازن حراري مع الخزان البارد. تصطف الجسيمات مع المجال المغناطيسي، وبالتالي يصبح النظام منظمًا جيدًا. يسبب هذا انخفاضًا في إنتروبيا العينة. ومع ذلك، تكون درجة حرارة العينة عند هذه النقطة مساوية لدرجة حرارة الخزان البارد. يُشير هذا إلى المغناطيسية الأدياباتية.
تعزل العينة المأخوذة الآن عن الخزان البارد، وتنخفض شدة المجال المغناطيسي. لا يوجد أي تغيير في عشوائية ملح العينة. ومع ذلك، يحدث انخفاض في درجة حرارة ملح العينة بسبب انخفاض شدة المجال المغناطيسي. إذا كانت العينة عند درجة حرارة منخفضة بالفعل، تنخفض هذه الدرجة بدرجة أكبر.
يمكن تكرار عملية إزالة المغناطيسية الأدياباتية عن طريق السماح لملح العينة بالدخول في درجات حرارة منخفضة.
عملية إزالة المغناطيسية الأدياباتية للبارامغناطيسات النووية
تستخدم عملية إزالة المغناطيسية الأدياباتية للحصول على درجات حرارة منخفضة للغاية. بالنسبة للأملاح البارامغناطيسية الإلكترونية، تفيد هذه الطريقة في الوصول إلى درجات حرارة منخفضة تبلغ حوالي 1 كلفن. أما بالنسبة للبارامغناطيسات النووية، فيمكن خفض درجة الحرارة قدر الإمكان.
البارامغناطيسات النووية هي مركبات أو عناصر تحتوي على عزوم مغناطيسية صفرية؛ ومع ذلك، تحمل أنويتها بعض العزوم المغناطيسية النووية. تفيد هذه العزوم المغناطيسية في التبريد المغناطيسي.
وقد اقترح استخدام ثلاجة إزالة المغناطيسية النووية لهذه التقنية. تستخدم هذه العملية حاليًا لتجنب بعض عيوب إجراءات التبريد البارامغناطيسي الإلكتروني.
تساعد تجربة إزالة المغناطيسية الأدياباتية النووية في الوصول إلى درجة حرارة أقل بكثير. تعتمد هذه التقنية على محاذاة ثنائيات الأقطاب النووية، والتي تكون أصغر بحوالي 1000 مرة مقارنة بالذرات. وبمساعدة هذه الطريقة، يمكن خفض درجة حرارة النوى المرتبة إلى 0.000016 درجة.
إقرأ أيضاً… تعريف التيار الكهربائي.
مبدأ إزالة المغناطيسية الأدياباتية
ينطبق مبدأ إزالة المغناطيسية الأدياباتية على المواد المغناطيسية الحرارية. ينص هذا المبدأ على أنه عند وضع هذه المواد في مجال مغناطيسي، تبدأ بالتسخين.
أما عند إبعادها عن المجال المغناطيسي، فتبرد. يتمثل مبدأ إزالة المغناطيسية الأدياباتية للأملاح البارامغناطيسية فيما يلي:
تعتبر كل ذرة من الملح البارامغناطيسي مغناطيسًا صغيرًا. عند انعدام المجال المغناطيسي، تتجه جميع ذرات الملح عشوائيًا. ونتيجة لذلك، تساوي القوة المغناطيسية الكلية صفرًا.
ومع ذلك، بعد ملامسة المجال المغناطيسي القوي، تصطف ذرات الملح في اتجاه المجال المغناطيسي. في هذه العملية، ترتفع درجة الحرارة.
عند إزالة المغناطيسية، أي إزالة المجال المغناطيسي، تعود ذرات الأملاح البارامغناطيسية إلى اتجاهها العشوائي. وينتج عن ذلك انخفاض في درجة الحرارة نتيجةً لبذل الذرات جهدًا.
علاوة على ذلك، تحدث هذه العملية بشكل أدياباتي. وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، سيكون هناك تغيير في العمل المنجز وبالتالي تغييرات في درجة الحرارة.
