Różnica między elektromagnesem a magnesem trwałym

Elektromagnes vs magnes stały
 

Elektromagnesy i magnesy trwałe to dwa ważne tematy w teorii elektromagnetycznej. W tym artykule wyjaśnimy podstawy magnetyzmu, elektromagnesu i magnesu trwałego oraz opiszemy dwa magnesy.

Co to jest elektromagnes?

Aby zrozumieć elektromagnesy, należy najpierw zrozumieć teorie leżące u podstaw magnetyzmu. Magnetyzm występuje z powodu prądów elektrycznych. Prosty przewód przewodzący prąd wywiera siłę, normalną do prądu, na inny przewód przewodzący prąd umieszczony równolegle do pierwszego przewodu. Ponieważ siła ta jest prostopadła do przepływu ładunków, nie może to być siła elektryczna. Zostało to później zidentyfikowane jako magnetyzm.

Siła magnetyczna może być atrakcyjna lub odpychająca, ale zawsze wzajemna. Pole magnetyczne wywiera siłę na każdy ruchomy ładunek, ale nie ma to wpływu na ładunki stacjonarne. Pole magnetyczne poruszającego się ładunku jest zawsze prostopadłe do prędkości. Siła poruszającego się ładunku przez pole magnetyczne jest proporcjonalna do prędkości ładunku i kierunku pola magnetycznego.

Magnes ma dwa bieguny. Są one zdefiniowane jako Biegun Północny i Południowy. Linie pola magnetycznego zaczynają się na biegunie północnym, a kończą na biegunie południowym. Te linie pola są jednak hipotetyczne. Należy zauważyć, że bieguny magnetyczne nie istnieją jako monopole. Biegunów nie można izolować. Jest to znane jako prawo Gaussa dotyczące magnetyzmu. Elektromagnes jest elementem składającym się z pętli przewodzących prąd. Pętle te mogą mieć dowolny kształt, ale popularne elektromagnesy mają kształt elektromagnesów lub pierścieni.

Co to jest magnes trwały?

Ponieważ prąd elektryczny jest jedynym sposobem na wytworzenie magnesu, magnesy trwałe muszą składać się z prądów. Każdy atom ma elektrony krążące wokół jądra atomu, a elektrony te mają właściwość zwaną spinem elektronowym. Te dwie właściwości odpowiadają za magnetyzm w materiałach. Materiały można podzielić na kilka kategorii według ich właściwości magnetycznych. Materiały paramagnetyczne, materiały diamagnetyczne i materiały ferromagnetyczne to tylko kilka z nich. Istnieje również kilka mniej popularnych rodzajów, takich jak materiały antyferromagnetyczne i materiały ferrimagnetyczne. Diamagnetyzm jest pokazany w atomach z tylko sparowanymi elektronami. Całkowity spin tych atomów wynosi zero. Właściwości magnetyczne powstają tylko w wyniku orbitalnego ruchu elektronów. Gdy materiał diamagnetyczny zostanie umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym, wytworzy ono słabe pole magnetyczne przeciwrównoległe do pola zewnętrznego. Materiały paramagnetyczne mają atomy z niesparowanymi elektronami. Elektroniczne spiny tych niesparowanych elektronów działają jak małe magnesy, które są silniejsze niż magnesy powstałe w wyniku ruchu orbitalnego elektronów. Umieszczone w zewnętrznym polu magnetycznym te małe magnesy wyrównują się z polem, wytwarzając pole magnetyczne, które jest równoległe do pola zewnętrznego. Materiały ferromagnetyczne są również materiałami paramagnetycznymi ze strefami dipoli magnetycznych w jednym kierunku, nawet przed przyłożeniem zewnętrznego pola magnetycznego. Kiedy przykładane jest pole zewnętrzne, te strefy magnetyczne ustawią się równolegle do pola, aby wzmocnić pole. Ferromagnetyzm pozostaje w materiale nawet po usunięciu pola zewnętrznego, ale paramagnetyzm i diamagnetyzm zanikają, gdy tylko pole zewnętrzne zostanie usunięte. Magnesy trwałe składają się z takich materiałów ferromagnetycznych.