Elektromagnety vs trvalé magnety | Klíčové rozdíly vysvětleny
Elektromagnety vs. trvalé magnety: Pojmy porozumět klíčovým rozdílům
Elektromagnety a trvalé magnety jsou dvě hlavní typy materiálů, které mají magnetické vlastnosti. Ačkoli oba generují magnetická pole, zásadně se liší v tom, jak tato pole vytvářejí.
Elektromagnet vygeneruje magnetické pole pouze tehdy, když elektrický proud prochází jeho cívkou. Naopak, trvalý magnet v sobě samém vytváří své vlastní trvalé magnetické pole po tom, co byl namagnetizován, aniž by potřeboval jakýkoli externí zdroj energie.
Co je to magnet?
Magnet je materiál nebo objekt, který vytváří magnetické pole – vektorové pole, které působí silou na jiné magnetické materiály a pohybující se elektrické náboje. Tohle pole existuje jak uvnitř magnetu, tak i v okolním prostoru. Síla magnetického pole je reprezentována hustotou magnetických políček: čím jsou políčka blíže k sobě, tím je pole silnější.
Magnety mají dva póly – severní a jižní. Stejné póly se odpuzují, zatímco protilehlé póly se přitahují. Toto základní chování řídí magnetické interakce.
Níže podrobněji zkoumáme klíčové rozdíly mezi elektromagnety a trvalými magnety.
Definice elektromagnetu
Elektromagnet je typ magnetu, u kterého je magnetické pole generováno elektrickým proudem. Typicky je konstruován ovinutím cívky vodiče (často mědi) kolem měkkého feromagnetického jádra, jako je železo.
Když elektrický proud prochází cívkou, vytvoří se kolem drátu magnetické pole. Jádro posiluje toto pole, stávajíc se dočasně namagnetizovaným. Síla a polarita magnetického pole závisí na velikosti a směru proudu.
Protože magnetické pole existuje pouze tehdy, když proud prochází, elektromagnety jsou považovány za dočasné magnety. Jakmile je proud vypnut, magnetické pole se zhroutí a jádro ztratí většinu své magnetizace.
Tato kontrolovatelnost dělá z elektromagnetů velmi univerzální. Často jsou nazývány kontrolovanými magnety, protože jejich sílu lze upravit změnou proudu a jejich polaritu lze obrátit změnou směru proudu.
Magnetické pole v elektromagnetu vzniká interakcí proudů v sousedních závitcích cívky. Směr vzniklého pole následuje pravidlo pravé ruky a síla mezi vodiči je způsobena interakcí jejich individuálních magnetických polí.
Běžné aplikace: Elektrické motory, relé, stroje MRI, reproduktory a průmyslové zdvižné systémy.
Definice trvalého magnetu
Trvalý magnet je vyroben z tvrdého feromagnetického materiálu, který si zachovává svou magnetizaci po namagnetizování během výroby. Na rozdíl od elektromagnetů trvalé magnety nepotřebují externí zdroj energie pro udržení svého magnetického pole.
Běžné typy trvalých magnetů zahrnují:
Alnico (Hliník-Nikl-Kobalt)
Neodym (NdFeB – Neodym-Železo-Bor)
Ferrit (Keramika)
Samarium Kobalt (SmCo)
Tyto materiály jsou vybírány pro svou vysokou koercivitu a remanenci, což jim umožňuje odolávat demagnetizaci a udržovat silná magnetická pole po dlouhou dobu.
Jak trvalé magnety generují své vlastní magnetické pole?
Všechny feromagnetické materiály obsahují malé oblasti zvané magnetické domény, kde jsou magnetické momenty atomů zarovnané. V nestabilizovaném stavu tyto domény ukazují do náhodných směrů, navzájem se ruší, což vede k tomu, že není žádné netto magnetické pole.
Pro vytvoření trvalého magnetu:
Materiál je vystaven velmi silnému externímu magnetickému poli.
Zároveň je ohřát na vysokou teplotu (pod jeho Curieovou teplotu), což umožňuje doménám volněji pohybovat.
Při ochlazení materiálu v přítomnosti externího pole se domény zarovnají s aplikovaným polem a "zamknou" na místě.
Po ochlazení materiál udržuje tuto rovnováhu, dosahuje magnetického nasycení a stává se trvalým magnetem.
Tento proces zajistí, že magnetická pole domén se posílí spíše než vzájemně se ruší, což vede k silnému a trvalému netto magnetickému poli.
Demagnetizace
Trvalé magnety mohou ztratit svou magnetizaci, pokud jsou vystaveny:
Vysoké teploty (zejména nad jejich Curieovu teplotu),
Silným opačným magnetickým polím,
Fyzickým šokům nebo vibracím (v některých materiálech).
Tyto podmínky mohou narušit zarovnané domény, způsobí, aby se vrátily do náhodné orientace, což snižuje nebo zcela eliminuje netto magnetické pole.
Běžné aplikace: Elektrické motory, generátory, senzory, magnetické spojení, ledničkové magnety a sluchátka.
Závěr
Elektromagnety a trvalé magnety mají každý své jedinečné výhody založené na svých principech fungování. Elektromagnety nabízejí kontrolovatelnost, vysokou sílu na požádání a reverzibilitu, což je činí ideálními pro dynamické aplikace. Trvalé magnety poskytují konstantní, bezúdržbové magnetické pole, vhodné pro kompaktní a energeticky efektivní návrhy.
Volba mezi nimi závisí na specifických požadavcích aplikace, včetně dostupnosti energie, potřeby kontroly, provozního prostředí, omezení velikosti a nákladů. Porozumění jejich rozdílům umožňuje inženýrům a návrhářům vybrat nejvhodnější magnetické řešení pro jejich potřeby.
