محرك مغناطيسي

المحرك المغناطيسي أو الخلاط المغناطيسي هو جهاز مختبري يستخدم مجالًا مغناطيسيًا دوارًا لتحريك قضيب التحريك (أو ما يُعرف بالبرغي ) المغمور في سائل بسرعة عالية، مما يؤدي إلى تحريكه. يمكن توليد المجال الدوار إما بواسطة مغناطيس دوار أو مجموعة من المغناطيسات الكهربائية الثابتة، توضع أسفل الوعاء الذي يحتوي على السائل. يُستخدم هذا الجهاز في الكيمياء والأحياء كوسيلة ملائمة لتحريك كميات صغيرة من السوائل، وفي الحالات التي قد لا تكون فيها طرق التحريك الأخرى، مثل المحركات العلوية وقضبان التحريك، مناسبة.

أول براءة اختراع لخلاط مغناطيسي هي براءة الاختراع الأمريكية رقم 1,242,493، الصادرة في 9 أكتوبر 1917 لريتشارد هـ. سترينغهام من باونتي فول، يوتا . استخدم خلاط سترينغهام مغناطيسات كهربائية ثابتة في القاعدة، بدلاً من مغناطيس دائم دوار، لتدوير المحرك. ^{[ 1 ]}

حصل آرثر روزينجر من نيوارك، نيو جيرسي، على براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,350,534، بعنوان "محرك مغناطيسي"، في 6 يونيو 1944، بعد أن قدم طلبًا للحصول عليها في 5 أكتوبر 1942. ^{[ 2 ]} تتضمن براءة اختراع روزينجر وصفًا لمغناطيس قضيب مطلي موضوع في وعاء، ويتم تحريكه بواسطة مغناطيس دوار في قاعدة أسفل الوعاء. كما يوضح روزينجر في براءة اختراعه أن طلاء المغناطيس بالبلاستيك أو تغطيته بالزجاج أو الخزف يجعله خاملًا كيميائيًا.

تم اختراع المغناطيس القضيب المغطى بالبلاستيك بشكل مستقل في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي بواسطة إدوارد ماكلولين، من مؤسسة التجارب الطوربيدية (TEE)، غرينوك ، اسكتلندا، الذي أطلق عليه اسم "البرغوث" بسبب الطريقة التي يقفز بها إذا تم تشغيل المغناطيس الدوار بسرعة كبيرة.

قام سلفادور بونيت من شركة SBS بتطوير أول محرك مغناطيسي متعدد النقاط وحصل على براءة اختراع له في عام 1977. كما أنه أدخل ممارسة تدوين قوة التحريك بوحدة "لتر من الماء"، وهو معيار سوقي اليوم. ^{[ 3 ]}

يتكون المحرك المغناطيسي من قضيب مغناطيسي موضوع داخل السائل، وهو المسؤول عن عملية التحريك. وتُحرك حركة قضيب التحريك بواسطة مغناطيس دوار آخر أو مجموعة من المغناطيسات الكهربائية الموجودة في جهاز التحريك، أسفل الوعاء الحاوي على السائل. ^{[ 4 ]} عادةً ما تُغطى قضبان التحريك بمادة PTFE ، أو في حالات أقل شيوعًا، بالزجاج؛ وتهدف هذه الطبقات إلى أن تكون خاملة كيميائيًا ، فلا تُلوث خليط التفاعل أو تتفاعل معه. ^{[ 4 ]} قد يكون الزجاج بديلاً مناسبًا إذا كانت مادة PTFE غير ملائمة بسبب ارتفاع درجة الحرارة أو التآكل الكيميائي. في عمليات اختزال المعادن المذابة التي تستخدم معدنًا قلويًا مذابًا في أمين أولي، قد تتعرض مادة PTFE للتآكل إلى حد ما. ^{[ 5 ] [ 6 ]} غالبًا ما تُجرى عمليات اختزال البتولا (وهي عملية اختزال شائعة للمعادن المذابة) في وعاء زجاجي، مما يشير إلى أن قضيب التحريك الزجاجي سيكون متوافقًا أيضًا. يمكن أن يتأثر الزجاج بالقلويات القوية (مثل الصودا الكاوية) اعتمادًا على درجة الحرارة ومدة التعرض والتركيز. ^{[ 7 ]}

المحركات المغناطيسية عبارة عن قضبان، وعادةً ما يكون مقطعها العرضي ثماني الأضلاع أو دائريًا. كما يشيع استخدام الشكل البيضاوي المدبب في القوارير ذات القاع المستدير . وتتوفر أشكال خاصة متنوعة لتحقيق تحريك أكثر استقرارًا وكفاءة في ظروف مختلفة، أو لتتناسب مع شكل الأوعية الصغيرة. تحتوي العديد من قضبان التحريك على حلقة محورية حول مركزها تدور حولها. يبلغ طول أصغرها بضعة ملليمترات فقط، بينما يصل طول أكبرها إلى عدة سنتيمترات. أما الأحجام الأصغر (أقل من 10 مم تقريبًا) فتُعرف غالبًا باسم "البراغيث".

غالبًا ما تؤدي المواقد الكهربائية المخبرية غرضين، إذ تجمع بين وحدة التحريك وعنصر التسخين . تتراوح قدرة عناصر التسخين هذه بين بضع مئات إلى بضعة آلاف من الواط، مما يسمح بتسخين وتحريك وعاء التفاعل في آنٍ واحد. وتعتمد أقصى درجة حرارة يمكن الوصول إليها على حجم الوعاء، وكمية المحلول المراد تسخينه، وقدرة عنصر التسخين، وكمية العزل المستخدمة في النظام.

المادة المغناطيسية الموجودة داخل القضبان هي في الغالب من الألنيكو أو الكوبالت الساماريوم ، والتي يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية دون فقدان القوة المغناطيسية، على الرغم من أنه يمكن استخدام النيوديميوم لتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة ، كما توجد قضبان تحريك من الفريت .

بسبب صغر حجمه، يسهل تنظيف وتعقيم قضيب التحريك مقارنةً بأجهزة التحريك الأخرى. كما أنه لا يتطلب مواد تشحيم قد تلوث وعاء التفاعل والمنتج.

أداة استرجاع قضيب التحريك عبارة عن مغناطيس منفصل في نهاية عصا طويلة (مغطاة أيضًا بمادة PTFE الخاملة كيميائيًا) والتي يمكن استخدامها لإزالة قضبان التحريك من الوعاء. ^{[ 4 ]}

تُستخدم المحركات المغناطيسية بكثرة في الكيمياء والأحياء ، حيث تُستخدم لتحريك المواد في الأوعية أو الأنظمة المغلقة بإحكام دون الحاجة إلى موانع تسرب معقدة. وهي تُفضّل على المحركات الكهربائية ذات التروس لأنها أكثر هدوءًا وكفاءة، ولا تحتوي على أجزاء خارجية متحركة قابلة للكسر أو التلف (باستثناء المغناطيس البسيط نفسه). تعمل قضبان التحريك المغناطيسية بكفاءة عالية في الأوعية الزجاجية الشائعة الاستخدام في التفاعلات الكيميائية، لأن الزجاج لا يؤثر بشكل ملحوظ على المجال المغناطيسي .

نظراً لصغر حجم قضيب التحريك، لا يُمكن استخدام المحركات المغناطيسية إلا في التجارب الصغيرة نسبياً، التي لا تتجاوز 4 لترات. كما تُعاني هذه المحركات من صعوبة في التعامل مع السوائل اللزجة أو المعلقات الكثيفة. أما بالنسبة للأحجام الأكبر أو السوائل الأكثر لزوجة، فعادةً ما يكون من الضروري استخدام نوع من أنواع التحريك الميكانيكي (مثل المحرك العلوي).

في الكيمياء التركيبية، يُستخدم عادةً محرك مغناطيسي/سخان مدمج، مزود بآلية تحكم مدمجة في درجة الحرارة ومسبار درجة الحرارة، مع حمام تسخين (عادةً ما يكون زيتًا أو رملًا أو معدنًا منخفض الانصهار) أو حمام تبريد (عادةً ما يكون ماءً أو جليدًا أو سائلًا عضويًا ممزوجًا بالنيتروجين السائل أو الثلج الجاف كمبرد)، مما يسمح بالحفاظ على أوعية التفاعل الموضوعة في الحمام عند درجات حرارة تتراوح بين -120 و250 درجة مئوية تقريبًا (-184 و482 درجة فهرنهايت) .  

• جهاز الخلط (المختبري) - جهاز مختبري 
• قضيب التحريك – أدوات زجاجية مخبرية تُستخدم للتحريك. صفحات تعرض أوصافًا موجزة للأهداف المراد إعادة توجيهها. 
• الخلاط الثابت – جهاز لخلط مادتين سائلتين في أنبوب يحتوي على سلسلة من الحواجز 

• فيديو قصير لجهاز تقليب كهربائي منزلي الصنع. رخصة المشاع الإبداعي (يُسمح بإعادة الاستخدام).