Elektromagnet proti trajnemu magnetu
Elektromagneti in trajni magneti sta dve pomembni temi v elektromagnetni teoriji. Ta članek bo razložil osnove magnetizma, elektromagneta in trajnega magneta ter opisal razmerje med obema magnetoma.
Kaj je Electromagnet?
Da bi razumeli elektromagnete, moramo najprej razumeti teorije magnetizma. Magnetizem se pojavi zaradi električnih tokov. Ravni tokovni vodnik deluje s silo, normalno na tok, na drug tokovni vodnik, ki je nameščen vzporedno s prvim vodnikom. Ker je ta sila pravokotna na tok nabojev, to ne more biti električna sila. To je bilo kasneje opredeljeno kot magnetizem.
Magnetna sila je lahko privlačna ali odbojna, a vedno obojestranska. Magnetno polje deluje s silo na vsak gibajoči se naboj, vendar to ne vpliva na mirujoče naboje. Magnetno polje gibajočega se naboja je vedno pravokotno na hitrost. Sila magnetnega polja na premikajoči se naboj je sorazmerna s hitrostjo naboja in smerjo magnetnega polja.
Magnet ima dva pola. Opredeljena sta kot severni pol in južni pol. Magnetne silnice se začnejo na severnem polu in končajo na južnem polu. Vendar so te poljske črte hipotetične. Opozoriti je treba, da magnetni poli ne obstajajo kot monopol. Palic 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 solenoidov ali obročev.
Kaj je trajni magnet?
Ker je električni tok edini način za ustvarjanje magneta, morajo biti trajni 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 glede na njihove magnetne lastnosti razvrstimo v več kategorij. Paramagnetni materiali, diamagnetni materiali in feromagnetni materiali so le nekateri. Obstajajo tudi nekatere manj običajne vrste, kot so antiferomagnetni materiali in ferimagnetni materiali. Diamagnetizem se kaže v atomih s samo parnimi elektroni. Skupni spin teh atomov je enak nič. Magnetne lastnosti nastanejo le zaradi orbitalnega gibanja elektronov. Ko je diamagnetni material postavljen v zunanje magnetno polje, bo proizvedel šibko magnetno polje, ki je nasprotno 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 jih postavimo v zunanje magnetno polje, se ti majhni magneti poravnajo s poljem, da ustvarijo magnetno polje, ki je vzporedno z zunanjim poljem. Feromagnetni materiali so tudi paramagnetni materiali s conami magnetnih dipolov v eni smeri še pred delovanjem zunanjega magnetnega polja. Ko je uporabljeno zunanje polje, se bodo te magnetne cone poravnale vzporedno s poljem, tako da bodo polje okrepile. Feromagnetizem ostane v materialu tudi po odstranitvi zunanjega polja, paramagnetizem in diamagnetizem pa izgineta takoj, ko odstranimo zunanje polje. Trajni magneti so sestavljeni iz takih feromagnetnih materialov.
Kakšna je razlika med elektromagneti in trajnimi magneti?
• Trajni magneti so tudi elektromagneti z neprekinjenim tokom, zaradi česar je vsak atom magnet.
• Elektromagnetizem izgine, ko je zunanji tok ustavljen, vendar trajni magnetizem ostane.
