Razlika med elektromagnetom in trajnim magnetom

Elektromagnet v primerjavi s trajnim magnetom
 

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 se pojavi zaradi električnih tokov. Nosilni vodnik z ravnim tokom izvaja silo, normalno na tok, na drugem tokovnem nosilnem vodniku, nameščenem vzporedno s prvim vodnikom. Ker je ta sila pravokotna na tok nabojev, to ne more biti električna sila. Kasneje so to prepoznali kot magnetizem.

Magnetna sila je lahko privlačna ali odbojna, a vedno vzajemna. Magnetno polje deluje na vsak premični naboj, vendar stacionarni naboji ne vplivajo. Magnetno polje gibljivega naboja je vedno pravokotno na hitrost. Sila na premik naboja z magnetnim poljem je sorazmerna hitrosti naboja in smeri magnetnega polja.

Magnet ima dva pola. Opredeljena sta kot Severni in Južni pol. Linije magnetnega polja se začnejo na Severnem polu in končajo na Južnem polu. Vendar so te terenske linije hipotetične. Treba je opozoriti, da magnetnih polov ne obstaja kot monopol. Drogov ni mogoče izolirati. To je znano kot Gaussov zakon za magnetizem. Elektromagnet je komponenta, ki jo sestavljajo tokovne zanke. Te zanke so lahko poljubne oblike, običajni elektromagneti pa imajo obliko solenoidov ali obročev.

Kaj je trajni magnet?

Ker je električni tok edini način ustvarjanja magneta, morajo biti trajni magneti sestavljeni iz tokov. Vsak atom ima elektrone, ki krožijo po jedru atoma, in ti elektroni imajo lastnost, imenovano elektronski spin. Ti dve lastnosti sta odgovorni za magnetizem v materialih. Materiale lahko glede na magnetne lastnosti razvrstimo v več kategorij. Paramagnetne materiale, diamagnetne materiale in feromagnetne materiale lahko naštejemo le nekaj. Obstaja tudi nekaj manj pogostih vrst, na primer protiteroromagnetni materiali in ferrimagnetni materiali. Diamagnetizem se kaže v atomih samo s parnimi elektroni. Skupni spin teh atomov je nič. Magnetne lastnosti nastanejo le zaradi orbitalnega gibanja elektronov. Ko se diamagnetni material postavi v zunanje magnetno polje, bo ustvaril šibko magnetno polje, ki je vzporedno z zunanjim poljem. Paramagnetni materiali imajo atome z neparnimi elektroni. Elektronski vrtljaji teh parnih elektronov delujejo kot majhni magneti, ki so močnejši od magnetov, ki jih ustvari orbitalno gibanje elektronov. Če se namestijo 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 z conami magnetnih dipolov v eno smer, še preden se nanese zunanje magnetno polje. Ko se uporabi zunanje polje, se bodo te magnetne cone poravnale vzporedno s poljem, tako da bi to polje ojačalo. Feromagnetizem ostane v materialu tudi po odstranitvi zunanjega polja, vendar paramagnetizem in diamagnetizem izgineta takoj, ko zunanje polje odstranimo. Stalni magneti so sestavljeni iz takih feromagnetnih materialov.