Ηλεκτρομαγνήτης εναντίον Μόνιμου Μαγνήτη
Οι ηλεκτρομαγνήτες και οι μόνιμοι μαγνήτες είναι δύο σημαντικά θέματα στην ηλεκτρομαγνητική θεωρία. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει τις βασικές αρχές του μαγνητισμού, του ηλεκτρομαγνήτη και του μόνιμου μαγνήτη και θα περιγράψει τη μεταξύ των δύο μαγνητών.
Τι είναι ο ηλεκτρομαγνήτης;
Για να κατανοήσουμε τους ηλεκτρομαγνήτες, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τις θεωρίες πίσω από τον μαγνητισμό. Ο μαγνητισμός εμφανίζεται λόγω των ηλεκτρικών ρευμάτων. Ένας ευθύγραμμος αγωγός που φέρει ρεύμα ασκεί μια δύναμη, κάθετη στο ρεύμα, σε έναν άλλο αγωγό που φέρει ρεύμα τοποθετημένο παράλληλα με τον πρώτο αγωγό. Δεδομένου ότι αυτή η δύναμη είναι κάθετη στη ροή των φορτίων, δεν μπορεί να είναι ηλεκτρική δύναμη. Αυτό αργότερα αναγνωρίστηκε ως μαγνητισμός.
Η μαγνητική δύναμη μπορεί να είναι είτε ελκυστική είτε απωθητική αλλά πάντα αμοιβαία. Ένα μαγνητικό πεδίο ασκεί δύναμη σε οποιοδήποτε κινούμενο φορτίο, αλλά τα σταθερά φορτία δεν επηρεάζονται. Ένα μαγνητικό πεδίο ενός κινούμενου φορτίου είναι πάντα κάθετο στην ταχύτητα. Η δύναμη σε ένα κινούμενο φορτίο από ένα μαγνητικό πεδίο είναι ανάλογη με την ταχύτητα του φορτίου και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.
Ένας μαγνήτης έχει δύο πόλους. Ορίζονται ως Βόρειος Πόλος και Νότιος Πόλος. Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου ξεκινούν από τον Βόρειο Πόλο και καταλήγουν στο Νότιο Πόλο. Ωστόσο, αυτές οι γραμμές πεδίου είναι υποθετικές. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι μαγνητικοί πόλοι δεν υπάρχουν ως μονόπολοι. Οι πόλοι δεν μπορούν να απομονωθούν. Αυτό είναι γνωστό ως ο νόμος του Gauss για τον μαγνητισμό. Ένας ηλεκτρομαγνήτης είναι ένα εξάρτημα που αποτελείται από βρόχους που μεταφέρουν ρεύμα. Αυτοί οι βρόχοι μπορούν να έχουν οποιοδήποτε σχήμα, αλλά οι κοινοί ηλεκτρομαγνήτες έχουν το σχήμα σωληνοειδών ή δακτυλίων.
Τι είναι ο Μόνιμος Μαγνήτης;
Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ο μόνος τρόπος για να δημιουργηθεί ένας μαγνήτης, οι μόνιμοι μαγνήτες πρέπει να αποτελούνται από ρεύματα. Κάθε άτομο έχει ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου και αυτά τα ηλεκτρόνια έχουν μια ιδιότητα που ονομάζεται ηλεκτρονικό σπιν. Αυτές οι δύο ιδιότητες είναι υπεύθυνες για τον μαγνητισμό στα υλικά. Τα υλικά μπορούν να ομαδοποιηθούν σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με τις μαγνητικές τους ιδιότητες. Τα παραμαγνητικά υλικά, τα διαμαγνητικά υλικά και τα σιδηρομαγνητικά υλικά είναι για να αναφέρουμε μερικά. Υπάρχουν επίσης μερικοί λιγότερο συνηθισμένοι τύποι όπως τα αντισιδηρομαγνητικά υλικά και τα σιδηρομαγνητικά υλικά. Ο διαμαγνητισμός εμφανίζεται σε άτομα με μόνο ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια. Το συνολικό σπιν αυτών των ατόμων είναι μηδέν. Οι μαγνητικές ιδιότητες προκύπτουν μόνο λόγω της τροχιακής κίνησης των ηλεκτρονίων. Όταν ένα διαμαγνητικό υλικό τοποθετείται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, θα παράγει ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο αντιπαράλληλο προς το εξωτερικό πεδίο. Τα παραμαγνητικά υλικά έχουν άτομα με ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρονικά σπιν αυτών των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων λειτουργούν ως μικροί μαγνήτες, οι οποίοι είναι ισχυρότεροι από τους μαγνήτες που δημιουργούνται από την τροχιακή κίνηση των ηλεκτρονίων. Όταν τοποθετούνται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, αυτοί οι μικροί μαγνήτες ευθυγραμμίζονται με το πεδίο για να παράγουν ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο είναι παράλληλο με το εξωτερικό πεδίο. Τα σιδηρομαγνητικά υλικά είναι επίσης παραμαγνητικά υλικά με ζώνες μαγνητικών διπόλων σε μία κατεύθυνση ακόμη και πριν από την εφαρμογή του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Όταν εφαρμόζεται το εξωτερικό πεδίο, αυτές οι μαγνητικές ζώνες θα ευθυγραμμιστούν παράλληλα με το πεδίο έτσι ώστε να κάνουν το πεδίο ισχυρότερο. Ο σιδηρομαγνητισμός παραμένει στο υλικό ακόμα και μετά την αφαίρεση του εξωτερικού πεδίου, αλλά ο παραμαγνητισμός και ο διαμαγνητισμός εξαφανίζονται μόλις αφαιρεθεί το εξωτερικό πεδίο. Οι μόνιμοι μαγνήτες αποτελούνται από τέτοια σιδηρομαγνητικά υλικά.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ηλεκτρομαγνητών και μόνιμων μαγνητών;
• Οι μόνιμοι μαγνήτες είναι επίσης ηλεκτρομαγνήτες με συνεχές ρεύμα που ρέει, καθιστώντας κάθε άτομο μαγνήτη.
• Ο ηλεκτρομαγνητισμός εξαφανίζεται μόλις σταματήσει το εξωτερικό ρεύμα, αλλά ο μόνιμος μαγνητισμός παραμένει.
