Elektromagnetid vs jäikmagnetid | Olulised erinevused selgitatud

Elektromagnetid vs. püsimagnetid: oluliste erinevuste mõistmine

Elektromagnetid ja püsimagnetid on kaks peamist materjali, mis näitavad magnetilisi omadusi. Kuigi mõlemad tekitavad magnetväli, on nende tootmisviisid fundamentaalselt erinevad.

Elektromagnet tekitab magnetvälja ainult siis, kui selle läbi voolab elektrivool. Vastupidiselt sellele tekitab püsimagnet omaenda püsiva magnetvälja, kui see on magnetiseeritud, ilma et oleks vaja mingit välise energialähte.

Mida on magnet?

Magnet on materjal või esine, mis tekitab magnetvälja – vektorvälja, mis avaldab jõudu muudel magnetilistel materjalidel ja liiguvatel elektriladega. See väli eksisteerib nii magnetisises kui ka ümbritsevas ruumis. Magnetvälja tugevus väljendub magnetvälijate tähelesusega: mida lähemal on jooned, seda tugevam on väli.

Magnete omab kaks poolt – põhja- ja lõunapool. Sarnased poolt segasevat, vastupidised poolt aga tõmbuvad. See põhiline käitumine juhib magnetilisi suhteid.

Järgnevates lausetes uurime elektromagnetide ja püsimagnetide olulisi erinevusi üksikasjalikumalt.

Elektromagneti definitsioon

Elektromagnet on selline magnet, kus magnetväli tekitatakse elektrivoolu abil. Tavaliselt ehitatakse see kandliku viigi (tihti kupari) keerdmise teel nõelikule ferromagnetilisele tuumele, näiteks raudale.

Kui elektrivool läbib viiki, tekib viigi ümber magnetväli. Tuum tugevdab seda välti, muutudes ajutiselt magnetiseerituks. Magnetvälja tugevus ja polaarne sõltuvad voolu suurusest ja suunast.

Kuna magnetväli eksisteerib ainult siis, kui vool voolab, on elektromagnetid peetud ajutisteks magnetideks. Kui vool lülitatakse välja, langedab magnetväli kokku ja tuum kaotab enamiku oma magnetismist.

See kontrollitavus muudab elektromagnetid väga mitmekülgseteks. Neid nimetatakse sageli kontrollitavateks magnetideks, kuna nende tugevust saab reguleerida voolu muutmisega ning nende polaarti saab pöörata, muutes voolu suunda.

Elektromagnetis tekib magnetväli viigi naaberviigide vahelise interaktsiooni tõttu. Tulemuseks saanud välti suund järgib parempoolset reeglit, ja joonte vaheline jõud tuleneb nende individuaalsete magnetvälide interaktsioonist.

Tavalised rakendused: Elektrimoosad, releed, MRI-seadmed, kõlarid ja tööstuslikud tõstmisüsteemid.

Püsimagneti definitsioon

Püsimagnet valmistatakse raske ferromagnetilisest materjalist, mis säilitab oma magnetismi pärast tootmisel toimunud magnetiseerimist. Vastupidiselt elektromagnetidel ei vaja püsimagnetid välise energialähte, et hoida oma magnetvälja.

Tavalised püsimagnetide tüübid:

• Alnico (Alumiinium-Nikkeli-Kobalt)

• Neodüüm (NdFeB – Neodüüm-Raud-Bor)

• Ferriid (Keraamika)

• Samaarium Kobalt (SmCo)

Need materjalid valitakse nende kõrge koersiviisuuse ja remanentsi tõttu, mis lubab neil vastupaneda demagnetiseerimisele ja säilitada tugevaid magnetvälju pikka aega.

Kuidas püsimagnetid tekitavad omaenda magnetvälja?

Kõik ferromagnetilised materjalid sisaldavad väikeseid piirkondi, mida nimetatakse magnetilisteks domeenideks, kus atoomide magnetmomendid on ühtlaselt paigutatud. Magnetiseerimata olekus olevad need domeenid otsivad suvalisi suundi, nullides teineteise välja, tulemuseks ei ole netto magnetvälja.

Püsimagneti loomiseks:

• Materjalile avaldatakse väga tugeva välise magnetväli.

• Samal ajal kuumetakse seda kõrge temperatuurile (alla selle Curie-punkti), lubades domeenidel vabadamini liikuda.

• Kui materjal jahedad välise välja kohal, paigutuvad domeenid vastavalt rakendatud väljale ja "lukustuvad" paigale.

• Kui materjal jahed, säilitab see selle paigutuse, saavutades magnetilise sättumise ja muutudes püsimagnetiks.

See protsess tagab, et domeenide magnetväljad toetavad teineteist, mitte ei nulli, tulemuseks on tugev ja püsiv netto magnetväli.

Demagnetiseerimine

Püsimagnetid võivad kaotada oma magnetismi, kui neid tabavad:

• Kõrge temperatuur (eriti üle nende Curie-temperatuuri),

• Tugevad vastastikused magnetväljad,

• Füüsiline sokk või vibratsioon (mõnes materjalides).

Need tingimused võivad häirida paigutatud domeene, põhjustades nende tagasi suvalisse orientatsiooni ja vähendades või kaotades netto magnetvälja.

Tavalised rakendused: Elektrimoosad, generaatorid, andurid, magnetilised ühendused, külmikumagnetid ja kuularid.

Järeldus

Elektromagnetid ja püsimagnetid omavad unikaalseid eeliseid, mis põhinevad nende töötamisprintsiipidel. Elektromagnetid pakuvad kontrollitavust, suurt jõudu nõudmisel ja pöördumatust, mis muudab need sobivaks dünaamilisteks rakendusteks. Püsimagnetid pakkuvad pidevat, hoolduse vajamatu magnetvälja, mis on sobiv kompaktsete ja energiasäästlike disainide jaoks.

Valik vahel sõltub konkreetse rakenduse spetsiifilistest nõuetest, sealhulgas energiakättesaadavusest, kontrolli vajadusest, töökeskkonnast, suurusepiirangutest ja kuludest. Nende erinevuste mõistmine võimaldab inseneritel ja disaineritel valida sobivaima magnetilise lahenduse oma vajadustele.