Sähkömagneetit vs pysyvät magneetit | Tärkeimmät erot selitetty

Sähkömagneetit vs. pysyvät magneetit: Ymmärrä keskeiset erot

Sähkömagneetit ja pysyvät magneetit ovat kaksi pääasiallista materiaalia, jotka näyttävät magnetisia ominaisuuksia. Vaikka molemmat tuottavat magneettikenttiä, ne eroavat perustavanlaatuiseen tavalla siinä, miten nämä kentät luodaan.

Sähkömagneetti luo magneettikentän vain silloin, kun siihen kulkee sähkövirta. Pysyvä magneetti taas tuottaa omistamansa jatkuvan magneettikentän automaattisesti sen jälkeen, kun se on magneutettu, eikä vaadi ulkoista virranlähdettä.

Mikä on magneetti?

Magneetti on materiaali tai esine, joka tuottaa magneettikentän – vektorikentän, joka vaikuttaa muihin magnetisiin aineisiin ja liikkuihin sähkövarauksiin. Tämä kenttä on olemassa sekä magneetin sisällä että sen ympärillä. Magneettikentän voiman suuruus ilmaistaan magneettikenttäviivojen tiheydellä: mitä tiheämpi viivasto, sitä voimakkaampi kenttä.

Magneetilla on kaksi napaa – pohjois- ja etelänapa. Samankaltaiset napat repelevät toisiaan, kun taas vastakkaiset napat houkuttelevat. Tämä perustava käyttäytyminen ohjaa magneettisten vuorovaikutusten säännöksiä.

Alla tutkimme sähkömagneettien ja pysyvien magneettien keskeisiä eroja tarkemmin.

Sähkömagneetin määritelmä

Sähkömagneetti on sellainen magneetti, jossa magneettikenttä luodaan sähkövirran avulla. Se on yleensä rakennettu kiertävään johtofoorin (usein kuparin) ympärille pehmeästä ferromagneettisesta ytimestä, kuten rauta.

Kun sähkövirta kulkee kierroksen läpi, kenttä luodaan johtojen ympärille. Ydin vahvistaa tätä kenttää, muuttuen väliaikaiseksi magneettiseksi. Kentän voima ja napasuunta riippuvat virtauksen suuruudesta ja suunnasta.

Koska magneettikenttä on olemassa vain virran kulkiessa, sähkömagneetteja pidetään väliaikaisina magneetteina. Kun virta katkeaa, magneettikenttä romahtaa, ja ytimeen katoaa enimmäkseen sen magneuttuneisuus.

Tämä ohjaamiskyky tekee sähkömagneeteista erittäin monipuolisia. Niitä kutsutaan usein ohjattaviksi magneeteiksi, koska niiden voimakkuutta voidaan säätää vaihtamalla virtaa, ja niiden napasuuntaa voidaan kääntää muuttamalla virtasuuntaa.

Sähkömagneetin magneettikenttä syntyy naapureiden virtauksien välisestä vuorovaikutuksesta kierrossa. Tuloksen suunta noudattaa oikean käden sääntöä, ja johtimet välillä oleva voima johtuu niiden yksilöllisten magneettikenttien välisestä vuorovaikutuksesta.

Yleiset sovellukset: Sähkömoottorit, releit, MRI-laitteet, kaiuttimet ja teolliset nostojärjestelmät.

Pysyvän magneetin määritelmä

Pysyvä magneetti valmistetaan kovasta ferromagneettisesta materiaalista, joka säilyttää magneuttuneisuutensa valmistuksen aikana annetun magneutuksen jälkeen. Erityyppisesti sähkömagneetteihin verrattuna pysyvät magneetit eivät tarvitse ulkoista virranlähdettä pitääkseen magneettikenttänsä.

Yleisiä pysyvien magneettien tyyppejä ovat:

• Alnico (Alumiini-Nikkeli-Koboltti)

• Neodymium (NdFeB – Neodymium-Rauta-Borre)

• Ferrite (Keramiikki)

• Samarium Cobalt (SmCo)

Nämä materiaalit on valittu niiden korkean pakotuksen ja jäännösinduktiovoiman vuoksi, mikä mahdollistaa niiden kyvyn vastustaa demagnetisoitumista ja ylläpitää vahvoja magneettikenttiä pitkäksi aikaa.

Miten pysyvät magneetit tuottavat omistamansa magneettikentän?

Kaikki ferromagneettiset materiaalit sisältävät pieniä alueita, joita kutsutaan magneettisiksi domainseiksi, missä atomien magneettiset dipolit ovat linjassa. Magnetoidumattomassa tilassa nämä domainit osoittavat satunnaisiin suuntiin, peruuttamalla toisensa, mikä ei aiheuta netto-magneettikenttää.

Luodakseen pysyvän magneetin:

• Materiaali altistetaan erittäin vahvalle ulkoiselle magneettikentälle.

• Samalla sitä kuumennetaan korkeaan lämpötilaan (alle sen Curie-pisteen), mikä mahdollistaa domainten vapaamman liikkumisen.

• Kun materiaali jäähtyy ulkoisen kentän läsnä ollessa, domainten suunnat menevät yhteneväksi sovellettujen kenttien kanssa ja "lukitsevat" paikalleen.

• Jäähdyttyä materiaali säilyttää tämän suunnannäytön, saavuttaen magneettisen tyydyttymisen ja muuttuen pysyväksi magneetiksi.

Tämä prosessi varmistaa, että domainien magneettikentät vahvistavat toisiaan eivätkä peruuta toisiaan, mikä johtaa vahvaan ja jatkuvaan netto-magneettikenttään.

Demagnetisoituminen

Pysyvät magneetit voivat menettää magneuttuneisuutensa, jos ne altistetaan:

• Korkeille lämpötiloille (erityisesti yli niiden Curie-lämpötilan),

• Vahvoille vastakappaleisille magneettikentille,

• Fyysiselle iskulle tai vibraatiolle (jotkut materiaalit).

Nämä olosuhteet voivat häiritä linjassa olevia domainteja, saaden ne palautumaan satunnaisiin suuntiin ja vähentäen tai poistamalla netto-magneettikentän.

Yleiset sovellukset: Sähkömoottorit, generaattorit, anturit, magneettikopplaukset, jääkaapin magneetit ja kuuloke.

Johtopäätös

Sähkömagneetit ja pysyvät magneetit tarjoavat kummallakin ainutlaatuisia etuja niiden toimintaperiaatteiden mukaan. Sähkömagneetit tarjoavat kontrollit, korkean vahvuuden tarvittaessa ja kääntyvyyden, mikä tekee niistä idealeja dynaamisissa sovelluksissa. Pysyvät magneetit tarjoavat vakion, huoltovapaan magneettikentän, joka sopii kompaktiin ja energiatehokkaaseen suunnitteluun.

Valinta kummankin välillä riippuu sovelluksen tarkoitetuista vaatimuksista, mukaan lukien virran saatavuus, ohjaus tarve, toimintaympäristö, koko rajoitukset ja kustannukset. Niiden erojen ymmärtäminen mahdollistaa insinöörien ja suunnittelijoiden valitsemaan parhaan magneettiratkaisun heidän tarpeidensa mukaan.