Elektromagnet proti trajnemu magnetu
Elektromagneti in trajni magneti so dve pomembni temi v elektromagnetni teoriji. Ta članek bo razložil osnove magnetizma, elektromagneta in trajnega magneta ter opisal med njima.
Kaj je elektromagnet?
Da bi razumeli elektromagnete, moramo najprej razumeti teorije magnetizma. Magnetizem nastane zaradi električnih tokov. Enosmerni prevodnik izvaja silo, normalno na tok, na drug tokovodnik, nameščen vzporedno s prvim vodnikom. Ker je ta sila pravokotna na pretok nabojev, to ne more biti električna sila. To je bilo kasneje opredeljeno kot magnetizem.
Magnetna sila je lahko privlačna ali odbojna, vendar vedno vzajemna. Magnetno polje deluje na premikajoč se naboj, vendar stacionarni naboji ne vplivajo. Magnetno polje gibljivega naboja je vedno pravokotno na hitrost. Sila magnetnega polja na gibajoči se naboj je sorazmerna s hitrostjo naboja in smeri magnetnega polja.
Magnet ima dva pola. Opredeljeni so kot severni in južni pol. Linije magnetnega polja se začnejo na severnem polu in končajo na južnem polu. Vendar so te poljske črte hipotetične. Treba je opozoriti, da magnetni poli ne obstajajo kot monopol. Stebrov ni mogoče izolirati. To je znano kot Gaussov zakon za magnetizem. Elektromagnet je komponenta, sestavljena iz tokovnih zank. Te zanke so lahko poljubne oblike, vendar imajo običajni elektromagneti obliko elektromagnetov ali obročev.
Kaj je trajni magnet?
Ker je električni tok edini način za ustvarjanje magneta, morajo biti stalni magneti sestavljeni iz tokov. Vsak atom ima elektrone, ki krožijo okoli jedra atoma, in ti elektroni imajo lastnost, imenovano elektronski spin. Ti dve lastnosti sta odgovorni za magnetizem v materialih. Materiale lahko razvrstimo v več kategorij glede na njihove magnetne lastnosti. Paramagnetni materiali, diamagnetni materiali in feromagnetni materiali naštejemo le nekatere. Obstaja tudi nekaj manj pogostih vrst, kot so anti-feromagnetni materiali in ferrimagnetni materiali. Diamagnetizem se kaže pri atomih s samo parnimi elektroni. Skupni spin teh atomov je nič. Magnetne lastnosti nastanejo le zaradi orbitalnega gibanja elektronov. Ko je diamagnetni material postavljen v zunanje magnetno polje,ustvarilo bo šibko magnetno polje, ki bo vzporedno z zunanjim poljem. Paramagnetni materiali imajo atome z neparnimi elektroni. Elektronski vrtljaji teh neparnih elektronov delujejo kot majhni magneti, ki so močnejši od magnetov, ustvarjenih z orbitalnim gibanjem elektronov. Ko so ti majhni magneti postavljeni v zunanje magnetno polje, se poravnajo s poljem in tvorijo magnetno polje, ki je vzporedno z zunanjim poljem. Feromagnetni materiali so tudi paramagnetni materiali s conami magnetnih dipolov v eni smeri, še preden se uporabi zunanje magnetno polje. Ko uporabimo zunanje polje, se bodo ta magnetna območja poravnala vzporedno s poljem, da bodo polje okrepila. Ferromagnetizem ostane v materialu tudi po odstranitvi zunanjega polja,toda paramagnetizem in diamagnetizem izgineta takoj, ko se odstrani zunanje polje. Stalni magneti so sestavljeni iz takšnih feromagnetnih materialov.
Kakšna je razlika med elektromagneti in trajnimi magneti?
• Stalni magneti so tudi elektromagneti z neprekinjenim tokom, zaradi katerega je vsak atom magnet.
• Elektromagnetizem izgine, ko se zunanji tok ustavi, trajni magnetizem pa ostane.
