مقدمه
ساده‌ترین مواد مغناطیسی که می‌شناسیم، آهنرباها هستند. آهن‌رباها نقش تعیین‌كننده‌ای در زندگی بشر دارند. در این فصل نشان می‌دهیم كه برای استفاده از برخی خواص مغناطیس، از جمله در كارت‌های اعتباری، باید از پودرهای مغناطیسی استفاده كرد. همچنین نشان می‌دهیم كه اندازة پودرها تأثیر زیادی در خاصیت مغناطیسی آنها دارد.

سرگذشت آهنربا
بزرگترین مادة مغناطیسیِ زمین، خودِ زمین است. زمین آهنربایی دوقطبی است كه میدان مغناطیسی آن در جهت شمال به جنوب قرار دارد. یعنی اگر آهنربایی را در فضا معلق نگاه داریم، در این جهت قرار می‌گیرد.
اولین مادة مغناطیسی كه بشر شناخت، اكسیدآهن بود. این ماده دارای خاصیت آهنربایی غیردائمی است. یعنی خاصیت مغناطیسی آن از بین می‌رود. مواد مغناطیسی در سه دستة فلزات، سرامیک‌ها، و پلیمرها می‌گنجند. عمدة مواد مغناطیسی جزء دستة سرامیك‌ها هستند. سرامیك‌ها از طریق پیوند یونیِ یك فلز یا غیرفلز با كوچك‌ترین اتم‌های طبیعت، یعنی اكسیژن،‌ نیتروژن، بور و كربن به وجود می‌آیند. (البته هیدروژن كه كوچك‌تر از همه است در این بین نیست.)
خواص مغناطیسی اكسید آهن توسط «تالس» شناخته شد.

تالس

در قرن هفتم میلادی از این ماده آهنربا ساخته شد و در قطب‌نما به کار رفت.
آهنربا و دانش ساخت آن، پس از پانصد سال از چین به اروپا رسید. در اروپا‌ دانشمندی فرانسوی به نام گیلبرت، كتاب «قطعات آهنرباشده و آهنربای بزرگ زمینی» را نوشت. در این كتاب قدیمی‌ترین و ساده‌ترین روش‌های آهنربا كردن یك قطعة مغناطیسی به شرح زیر بیان شده‌اند:

گیلبرت

1. مالش دادن یك قطعة آهنی (قطعه‌ای که می‌خواهیم مغناطیسی شود) با یك آهنربا (دارای میدان مغناطیسی)؛
2. گداخته كردن یك قطعة آهنی (تا سرخ شود)‌ و سپس سرد كردن آن در جهت میدان مغناطیسی زمین؛
3. چكش‌كاری یا كشش یك قطعة آهنی در جهت میدان مغناطیسی زمین.

انواع آهنربای دائم

سه نوع آهنربای دائم که دارای کاربرد فراوان هستند به شرح زیرند:

آهنربای آلنیکو

آلنیکو از ابتدای نام سه عنصر آلومینیوم ، نیکل و کبالت گرفته شده است. این آلیاژ که عمدتا از فلزات آهن و آلومینیوم و نیکل و کبالت ساخته می‌شود، قابلیت پذیرش نیروی مغناطیسی بالایی و به منظور ساختن آهنربای دائم بلندگوها و لامپهایی با حوزه مغناطیسی و در سروموتورهای DC2 پیشرفته استفاده می‌شود.

معمولا در آخر اسم "آلنیکو" حرفی اضافه می‌گردد که مشخص کننده قدرت آهنربا است. فرضا "آلنیکوv" قویترین آهنربای دائم نسبت به "آلنیکوها" است و معمولا آهنربای "آلنیکو" را به صورت طولی مغناطیس می‌کنند و سپس مورد استفاده قرار می‌دهند. منظور از مغناطیس کردن طولی این است که دو قطب S و N در طول جسم قرار می‌گیرند.

آهنربای فریت

این آهنربا را آهنربای سرامیک نیز می‌نامند. این آهنربای دائم از ترکیب مواد ذوب شده نوعی چینی و پودر ماده مغناطیسی ساخته می‌شود. این آهنربا چون پودر پس ماند مغناطیسی و نیروی خنثی کننده زیادی دارد، آن را به صورت عرضی مغناطیسی می‌کنند. منظور از مغناطیس کردن عرضی ، قرار گرفتن دو قطب S و N در عرض جسم است و چون چگالی شار (B) این آهنربای دائم کم است برای جبران چگالی شار زیاد، آن را دراز می سازند.

چون هزینه ساخت این آهنربا کم بوده و مواد اولیه آن به ارزانی قابل تهیه است، بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. نامگذاری آهنربای فریت با توجه به نوع عنصری که در ساخت آهنربا از آن استفاده شده است صورت می‌گیرد. مثل فریت استرونیتام و یا فریت باریم.

آهنربای سارماریوم - کبالت

عنصر اصلی این آهنربای دائم عنصر ساماریوم با علامت اختصاری Sm و عدد اتمی 62 است. چون این آهنربای کمیاب (به دلیل عنصر تشکیل دهنده کمیاب ساماریوم) دارای پس ماند مغناطیسی و خنثی کننده خیلی زیادی است، به همین دلیل می‌تواند شدتی به مراتب بزرگتر از آهنربای دائم معمولی داشته باشد. به عنوان مثال در یک طول و مساحت برابر ، چگالی شار (B) این آهنربا دو برابر آهنربای سرامیک است.

هزینه تولید این آهنربا قابل ملاحظه است و به همین دلیل آن را کم قطر می‌سازند. چون شدت مغناطیسی این آهنربا بالا است، لذا از چنین آهنربایی که در ابعاد کوچک و وزن کمتر شدت مغناطیسی خوبی دارد در ساعتهای الکترونیکی و لامپهای ماگنترون و تجهیزات نظامی و سروموتورها هواپیما استفاده می‌کنند. به این ترتیب روز به روز دامنه کاربرد این آهنربا رو به افزایش است.

کارخانه‌ها، ماشین‌ها، کامیون‌ها، و وسایلی که دارای دودکش هستند، از سوخت فسیلی نظیر زغال و مواد نفتی استفاده می‌کنند. سوخت این دو نوع ماده موادی نظیر اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن را وارد هوا می‌سازد. در فضا این اکسیدها تغییر می‌کنند. به گرد و غبار و باران اسیدی تبدیل می‌شوند. سپس به صورت بارش‌های خشک یا تر به سطح زمین بر می‌گردند.

گازها و بخارهایی که از دستگاههای دارای سوخت فیلی وارد هوا می‌شوند، در هوا خیلی ببالا نمی‌روند و در صورت عدم ترکیب با آب، به صورت گرد و غبار اسیدی در می‌آیند. گرد و غبار اسیدی ضمن فرود آمدن بر زمین به نمای ساختمان‌ها و بناهای سنگی می‌چسبد و موجب فرسایش آنها و کاهش عمر مفید آنها می‌گردد. گرد و غبار اسیدی حتی به چرم، کاغذ و لباس نیز آسیب می‌رساند. این غبارها حیات درختان و حتی گیاهان را مورد تهدید قرار داده و رشد گیاهان و غلات را کاهش می‌دهند و تا کنون سبب آسیب به میلیاردها تن غله شده‌اند.

اکثر شهرهای بزرگ صنعتی مورد تهدید غبارهای اسیدی قرار دارند. شهر لندن در زمستان سال ۱۹۵۲ مورد تهاجم شدید غبارهای اسدی قرار گرفت و این امر موجب مرگ زودرس ۴۰۰۰ نفر از افراد بیمار گردید. این سانحه باعث شد که مسئولین شهر اقدانات پیشگیرانه‌ای را در جهت کنترل آلودگی هوا به عمل آورند. در نتیجه، امروزه شهر لندن در زمره شهرهایی به شمار می‌رود که هوای نسبتا تمیزی دارند.

مواد آلوده کننده هر قدر در فضا بیشتر بمانندترکیبات زیادتری حاصل می‌شود که اسیدها یکی از ترکیبات آنها می‌باشند. اسیدها به کمک بادهای شدید می‌توانند برای روزهای متوالی در هوا باقی بمانند و صدها کیلومتر مسافت را طی کنند و به این ترتیب از کشوری به کشور دیگر انتقال یابند.

وجود ذرات ریز میکروسکوپی مانند دوده، ذرات گرد و غبار و ... به عنوان محرکی برای تولید بارش عمل می کنند. درواقع برای تشکیل ابر ضمن وجود رطوبت و دمای زیر نقطه شبنم ، وجود ذرات میکروسکوپی گرد و خاک ، دوده، بلورهای نمک و ... لازم است.
ایجاداباران مصنوعی به‌طریق زیر انجام می‌شود: برای بارور كردن ابرها بطریق مصنوعی مواد تركیبی یدور نقره را طی یك عملیات هوایی در بین ابرهای مساعد پاشیده و یا منفجر می‌كنند و در روش عملیات زمینی با روشن نمودن مولدهای زمینی و متصاعد نمودن گازهای حاصل از سوختن محلولی از تركیبات یدور نقره اینكار انجام می‌پذیرد .
برای بارور نمودن ابرها در ایران دو روش بكار رفته‌است: روش باروری قله ابر و دیگری باروری درون ابر، كه در باروری قله ابر از گلوله‌های پیروتكنیك پرتابی یدور نقره استفاده شده‌است كه این روش بر روشهای دیگر ارجحیت دارد زیرا هنگام اجرای عملیات امكان دیدن ابر و محل مناسب از ابر وجود داشته و نیز عامل باروری سریعتر و با دقت بیشتری به درون ابر تزریق می‌شود جهت باروری درون ابر در ایران هم از روش پیروتكنیك و هم تزریق افقی نیتروژن مایع استفاده می‌شود كه این دو روش دارای عملكردهای متفاوتی هستند: گلوله‌های پیروتكنیك پرتابی هسته‌های یخ مصنوعی را وارد منطقه فوق سرد ابری می‌كنند و نیتروژن مایع با ایجاد سرمایش شدید در ابر تولید هسته‌های یخی از بخار آب و آب فوق سرد ابر را می‌كنند.
باران مصنوعی که در نتیجه بارور کردن ابر ریزش نماید . پاشانیدن مواد سرما زا مانند انیدریدکربنیک جامد (یخ خشک) یکی از طرق باروری ابرها است . راههای دیگر برای بارور کردن ابرها عبارتند از: استفاده از دوده ، استفاده از نقره یدور AgI و پرتاب توپ های خاص به منظور متراکم نمودن ابرها.
کشور چین در زمینه باران مصنوعی تحقیقات بسیار زیادی انجام داده اند. خوب است بدانید با توجه به کمبود منابع آب چینی ها بیشترنگاه به دنبال توسعه این منابع با بارورکردن ابرها هستند وبه نتایج چشمگیری نیزنایل آمده اند. برای نمونه : درشهرستان " گوتیان " استان " فوجیان " واقع درجنوب شرق چین ، کارشناسان محلی ظرف 10 سال متوالی به آزمایش بارور کردن ابرها با پرتاب توپ های خاص به منظور متراکم کردن ابرها پرداخته و در نتیجه بارش در منطقه بمراتب بیشتر شده است . پس ازتوسعه این فناوری در نیم قرن گذشته تغییرات مصنوعی هوا در چین در رده نخست جهان قرارگرفته است. طبق آمار بیش از30 هزارکارمند دراین زمینه فعال هستند و مساحت مناطق تحت پوشش اقدامات مصنوعی از 3 میلیون کیلومتر مربع تجاوزکرده است . بارش ناشی ازعملیات مصنوعی ازسال 1995 تا 2003 جمعا به حدود 210 میلیارد مترمکعب رسیده و تأثیرات نامساعد ناشی ازخشکسالی دراقتصاد ملی بخصوص درتولیدات کشاورزی بطور مؤثر کاهش یافته است . درسالهای اخیر سیستم علمی چین در خصوص تغییرات مصنوعی و هوایی نیز بتدریج شکل گرفته است. باوجود آنکه مقیاس این تغییرات در چین بسیار گسترده است ولی وجوه کافی برای قلمروهای علمی و فنی اختصاص داده نشده است . علاوه بر این ، تغییرهوا باعملیات مصنوعی غالبا درچین برای مقابله با خشکسالی بکار می رود و مسئله کمبود آب را به طورریشه ای حل نمی کند. با توجه به این مشکلات، هواشناسان چینی ودست اندرکاران دراین رشته تحقیقات و بررسی های علمی درخصوص تغییرهوا توسط انسان را تقویت بخشیده و همکاری جهانی را فعالانه توسعه داده اند.