Elektromagnēts pret pastāvīgo magnētu
Elektromagnēti un pastāvīgie magnēti ir divas svarīgas tēmas elektromagnētiskajā teorijā. Šajā rakstā tiks izskaidroti magnētisma, elektromagnēta un pastāvīgā magnēta pamatprincipi un aprakstīti abi magnēti.
Kas ir elektromagnēts?
Lai izprastu elektromagnētus, vispirms ir jāsaprot magnētisma teorijas. Magnētisms rodas elektrisko strāvu dēļ. Taisns strāvu nesošais vadītājs iedarbojas strāvai normālu spēku uz citu strāvu nesošo vadītāju, kas novietots paralēli pirmajam vadītājam. Tā kā šis spēks ir perpendikulārs lādiņu plūsmai, tas nevar būt elektrisks spēks. Tas vēlāk tika identificēts kā magnētisms.
Magnētiskais spēks var būt pievilcīgs vai atgrūdošs, taču vienmēr abpusējs. Magnētiskais lauks iedarbojas uz jebkuru kustīgu lādiņu, bet stacionārie lādiņi netiek ietekmēti. Kustīga lādiņa magnētiskais lauks vienmēr ir perpendikulārs ātrumam. Spēks uz kustīgu lādiņu ar magnētisko lauku ir proporcionāls lādiņa ātrumam un magnētiskā lauka virzienam.
Magnētam ir divi stabi. Tie ir definēti kā Ziemeļpols un Dienvidpols. Magnētiskā lauka līnijas sākas Ziemeļpolā un beidzas Dienvidpolā. Tomēr šīs lauka līnijas ir hipotētiskas. Jāatzīmē, ka magnētiskie stabi neeksistē kā monopols. Stabus nevar izolēt. Tas ir pazīstams kā Gausa magnētisma likums. Elektromagnēts ir sastāvdaļa, kas sastāv no strāvu nesošajām cilpām. Šīs cilpas var būt jebkuras formas, taču parastiem elektromagnētiem ir solenoīdu vai gredzenu forma.
Kas ir pastāvīgais magnēts?
Tā kā elektriskā strāva ir vienīgais veids, kā izveidot magnētu, pastāvīgajiem magnētiem jāsastāv no strāvām. Katram atomam ir elektroni, kas riņķo ap atoma kodolu, un šiem elektroniem ir īpašība, ko sauc par elektronisko spinu. Šīs divas īpašības ir atbildīgas par materiālu magnētismu. Materiālus var iedalīt vairākās kategorijās pēc to magnētiskajām īpašībām. Paramagnētiskie materiāli, diamagnētiskie materiāli un feromagnētiskie materiāli ir daži. Ir arī daži mazāk izplatīti veidi, piemēram, pretferomagnētiskie materiāli un ferimagnētiskie materiāli. Diamagnētisms tiek parādīts atomos, kuros ir tikai pārī savienoti elektroni. Šo atomu kopējais spins ir nulle. Magnētiskās īpašības rodas tikai elektronu orbitālās kustības dēļ. Kad diamagnētisks materiāls tiek ievietots ārējā magnētiskajā laukā, tas radīs vāju magnētisko lauku, kas ir pretparalēli ārējam laukam. Paramagnētiskajos materiālos ir atomi ar nepāra elektroniem. Šo nepāra elektronu elektroniskie spini darbojas kā mazi magnēti, kas ir spēcīgāki par magnētiem, ko rada elektronu orbitālā kustība. Ievietojot ārējā magnētiskajā laukā, šie mazie magnēti izlīdzinās ar lauku, veidojot magnētisko lauku, kas ir paralēls ārējam laukam. Feromagnētiskie materiāli ir arī paramagnētiski materiāli ar magnētisko dipolu zonām vienā virzienā pat pirms ārējā magnētiskā lauka iedarbināšanas. Kad tiek pielietots ārējais lauks, šīs magnētiskās zonas izlīdzināsies paralēli laukam, lai padarītu lauku spēcīgāku. Feromagnētisms materiālā paliek pat pēc ārējā lauka noņemšanas, bet paramagnētisms un diamagnētisms pazūd, tiklīdz ārējais lauks tiek noņemts. Pastāvīgie magnēti ir izgatavoti no šādiem feromagnētiskiem materiāliem.
Kāda ir atšķirība starp elektromagnētiem un pastāvīgajiem magnētiem?
• Pastāvīgie magnēti ir arī elektromagnēti ar nepārtrauktu strāvu, padarot katru atomu par magnētu.
• Elektromagnētisms pazūd, kad ārējā strāva tiek apturēta, bet pastāvīgais magnētisms paliek.
