Elektromagnes a magnes stały
Elektromagnesy i magnesy trwałe to dwa ważne zagadnienia w teorii elektromagnetycznej. W tym artykule wyjaśnimy podstawy magnetyzmu, elektromagnesu i magnesu trwałego oraz opiszemy wzajemne oddziaływanie tych dwóch magnesów.
Co to jest elektromagnes?
Aby zrozumieć elektromagnesy, należy najpierw zrozumieć teorie stojące za magnetyzmem. Magnetyzm występuje z powodu prądów elektrycznych. Prosty przewodnik przewodzący prąd wywiera siłę, normalną do prądu, na inny przewodnik przewodzący prąd umieszczony równolegle do pierwszego przewodnika. Ponieważ siła ta jest prostopadła do przepływu ładunków, nie może to być siła elektryczna. Zostało to później zidentyfikowane jako magnetyzm.
Siła magnetyczna może być przyciągająca lub odpychająca, ale zawsze wzajemna. Pole magnetyczne wywiera siłę na każdy poruszający się ładunek, ale nie ma to wpływu na ładunki stacjonarne. Pole magnetyczne poruszającego się ładunku jest zawsze prostopadłe do prędkości. Siła działająca na poruszający się ładunek przez pole magnetyczne jest proporcjonalna do prędkości ładunku i kierunku pola magnetycznego.
Magnes ma dwa bieguny. Są one definiowane jako biegun północny i biegun południowy. Linie pola magnetycznego zaczynają się na biegunie północnym i kończą na biegunie południowym. Jednak te linie pola są hipotetyczne. Należy zauważyć, że bieguny magnetyczne nie istnieją jako monopol. Bieguny nie mogą być izolowane. Jest to znane jako prawo Gaussa dotyczące magnetyzmu. Elektromagnes to element składający się z pętli prądowych. Pętle te mogą mieć dowolny kształt, ale zwykłe elektromagnesy mają kształt solenoidów 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 materiałów. Materiały można podzielić na kilka kategorii według ich właściwości magnetycznych. Materiały paramagnetyczne, materiały diamagnetyczne i materiały ferromagnetyczne to tylko niektóre z nich. Istnieją również mniej popularne typy, takie 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 dzięki ruchowi orbitalnemu elektronów. Gdy materiał diamagnetyczny zostanie umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym, wytworzy słabe pole magnetyczne, przeciwnie do pola zewnętrznego. Materiały paramagnetyczne mają atomy z niesparowanymi elektronami. Elektroniczne spiny tych niesparowanych elektronów działają jak małe magnesy, które są silniejsze niż magnesy wytworzone przez ruch orbitalny elektronu. Po umieszczeniu w zewnętrznym polu magnetycznym te małe magnesy dopasowują się do pola, wytwarzając pole magnetyczne równoległe do pola zewnętrznego. Materiały ferromagnetyczne to również materiały paramagnetyczne ze strefami dipoli magnetycznych w jednym kierunku jeszcze przed przyłożeniem zewnętrznego pola magnetycznego. Po przyłożeniu zewnętrznego pola te strefy magnetyczne ustawią się równolegle do pola, aby wzmocnić pole. Ferromagnetyzm pozostaje w materiale nawet po usunięciu pola zewnętrznego, ale paramagnetyzm i diamagnetyzm znika, gdy tylko pole zewnętrzne zostanie usunięte. Magnesy trwałe są wykonane z takich materiałów ferromagnetycznych.
Jaka jest różnica między elektromagnesami a magnesami trwałymi?
• Magnesy trwałe to również elektromagnesy z ciągłym przepływem prądu, dzięki czemu każdy atom staje się magnesem.
• Elektromagnetyzm znika po zatrzymaniu prądu zewnętrznego, ale magnetyzm trwały pozostaje.
