Електромагнити срещу постоянни магнити | Ключови разлики обяснени
Електромагнити срещу постоянни магнити: Разбиране на ключовите разлики
Електромагнитите и постоянните магнити са двата основни типа материали, които проявяват магнитни свойства. Въпреки че и двете генерират магнитни полета, те се различават фундаментално в начина, по който тези полета се произвеждат.
Електромагнитът генерира магнитно поле само когато електрическа ток протича през него. От друга страна, постоянният магнит вградено произвежда своето собствено устойчиво магнитно поле, след като е магнетизиран, без да изисква никакъв външен източник на енергия.
Какво е магнит?
Магнитът е материал или обект, който произвежда магнитно поле – векторно поле, което прилага сила върху други магнитни материали и движещи се електрически заряди. Това поле съществува както в самия магнит, така и в околното пространство. Силата на магнитното поле се представя чрез плътността на магнитните линии: колкото по-близо са линиите, толкова по-силно е полето.
Магнитите имат два полюса – северен и южен. Подобните полюси се отблъскват, докато противоположните се привличат. Това фундаментално поведение ръководи магнитните взаимодействия.
По-долу разглеждаме ключовите различия между електромагнитите и постоянните магнити в по-голяма подробност.
Определение на електромагнит
Електромагнитът е вид магнит, в който магнитното поле се генерира от електрически ток. Обикновено се конструира, като се намотва спирала от проводяща жица (често мед) около мек феромагнитен ядро, като железо.
Когато електрически ток минава през спиралата, се създава магнитно поле около жицата. Ядрото засилва това поле, ставайки временно магнетизирано. Силата и полярността на магнитното поле зависят от големината и посоката на тока.
Тъй като магнитното поле съществува само докато токът протича, електромагнитите се считат за временни магнити. Когато токът е изключен, магнитното поле се срина, а ядрото губи най-голямата част от своята магнетизация.
Тази контролируемост прави електромагнитите много универсални. Те често се наричат контролируеми магнити, тъй като силата им може да бъде регулирана, като се варира токът, а полярността им може да бъде обърната, като се смени посоката на тока.
Магнитното поле в електромагнита произтича от взаимодействието на токовете в съседните витки на спиралата. Резултантната посока на полето следва правилото за дясната ръка, а силата между проводниците е резултат от взаимодействието на техните индивидуални магнитни полета.
Общи приложения: Електро двигатели, реле, машини за магнитно резонансно сканиране, говорители и индустриални системи за вдигане.
Определение на постоянен магнит
Постоянният магнит е направен от твърд феромагнитен материал, който запазва своята магнетизация след като е магнетизиран по време на производството. В отличие от електромагнитите, постоянните магнити не изискват външен източник на енергия, за да поддържат своето магнитно поле.
Общи видове постоянни магнити включват:
Алнико (Алуминий-Никел-Кобалт)
Неодим (NdFeB – Неодим-Желязо-Бор)
Ферит (Керамика)
Самариум Кобалт (SmCo)
Тези материали се избират заради техния висок коефициент на принудително демагнетизиране и остатъчна магнетизация, позволяващи им да устоят на демагнетизиране и да поддържат силни магнитни полета в продължение на дълго време.
Как постоянните магнити генериращи своето собствено магнитно поле?
Всички феромагнитни материали съдържат малки области, наречени магнитни домейни, където магнитните моменти на атомите са съпоставени. В немагнетизирано състояние, тези домейни сочат в случайни посоки, компенсирайки се помежду си, резултиращо в няколко нетни магнитни полета.
За да се създаде постоянен магнит:
Материалът се излага на много силно външно магнитно поле.
Едновременно, той се нагрява до висока температура (под неговата точка на Кюри), позволяваща домейните да се движат по-свободно.
Когато материалът се охлади в присъствието на външното поле, домейните се съпоставят с приложното поле и се "заключват" на място.
След охлаждането, материалът запазва това съпоставяне, достигайки магнитна насыщеност и ставайки постоянен магнит.
Този процес осигурява, че магнитните полета на домейните се подсилват, вместо да се компенсират, резултиращо в силно, устойчиво нетно магнитно поле.
Демагнетизиране
Постоянните магнити могат да загубят своята магнетизация, ако са изложени на:
Високи температури (особено над тяхната точка на Кюри),
Силни противоположни магнитни полета,
Физически шок или вибрация (в някои материали).
Тези условия могат да нарушият съпоставените домейни, причинявайки им да се възвърнат към случайна ориентация и намалявайки или изключвайки нетното магнитно поле.
Общи приложения: Електро двигатели, генератори, сензори, магнитни купла, хладилници и слушалки.
Заключение
Електромагнитите и постоянните магнити имат уникални предимства, основани на техните принципи на действие. Електромагнитите предлагат контролируемост, висока сила по желание и обратимост, което ги прави идеални за динамични приложения. Постоянните магнити предоставят постоянна, без поддръжка, магнитна поле, подходяща за компактни и енергийно-ефективни дизайни.
Изборът между двете зависи от специфичните изисквания на приложението, включително наличието на енергия, нужда от контрол, операционна среда, ограничения по размер и цена. Разбирането на техните различия позволява на инженерите и дизайнерите да изберат най-подходящото магнитно решение за техните нужди.
