الکترومغناطیسونه او مغناطیسو پایداره | تفاوتونه مخې د وړاندیز لپاره شرحبندی شوي دي

الکترومغناطیس و مغناطیس دائمی: فهمیدن تفاوت‌های کلیدی

الکترومغناطیس و مغناطیس دائمی دو نوع اصلی موادی هستند که خصوصیات مغناطیسی نشان می‌دهند. در حالی که هر دو میدان مغناطیسی تولید می‌کنند، این دو به طور بنیادی در نحوه تولید این میدان‌ها متفاوت هستند.

الکترومغناطیس فقط زمانی میدان مغناطیسی تولید می‌کند که جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند. در مقابل، مغناطیس دائمی پس از مغناطیس شدن، بدون نیاز به منبع بیرونی انرژی، میدان مغناطیسی مستمر خود را تولید می‌کند.

مغناطیس چیست؟

مغناطیس یک ماده یا شیء است که میدان مغناطیسی تولید می‌کند - یک میدان برداری که نیرویی را روی مواد مغناطیسی دیگر و بارهای الکتریکی در حال حرکت وارد می‌کند. این میدان هم در داخل مغناطیس و هم در فضای اطراف وجود دارد. قدرت میدان مغناطیسی با چگالی خطوط میدان مغناطیسی نشان داده می‌شود: هر چه خطوط نزدیک‌تر باشند، میدان قوی‌تر است.

مغناطیس‌ها دو قطب - شمال و جنوب دارند. قطب‌های مشابه یکدیگر را دفع می‌کنند، در حالی که قطب‌های مخالف یکدیگر را جذب می‌کنند. این رفتار بنیادی تعاملات مغناطیسی را حکم‌فرما می‌کند.

در ادامه، به تفکیک‌های کلیدی بین الکترومغناطیس و مغناطیس دائمی به صورت دقیق‌تر می‌پردازیم.

تعریف الکترومغناطیس

الکترومغناطیس نوعی مغناطیس است که میدان مغناطیسی آن توسط جریان الکتریکی تولید می‌شود. معمولاً با پیچاندن یک سیم رسانا (اغلب مس) دور یک هسته نرم فرومغناطیسی، مانند آهن، ساخته می‌شود.

وقتی جریان الکتریکی از سیم عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی حول سیم ایجاد می‌شود. هسته این میدان را تقویت می‌کند و به طور موقت مغناطیس می‌شود. قدرت و قطبیت میدان مغناطیسی به مقدار و جهت جریان بستگی دارد.

چون میدان مغناطیسی فقط زمانی که جریان عبور می‌کند وجود دارد، الکترومغناطیس‌ها به عنوان مغناطیس‌های موقت در نظر گرفته می‌شوند. پس از قطع جریان، میدان مغناطیسی فرو می‌ریزد و هسته بیشتر مغناطیسی خود را از دست می‌دهد.

این قابلیت کنترل، الکترومغناطیس‌ها را بسیار انعطاف‌پذیر می‌کند. آنها اغلب به عنوان مغناطیس‌های قابل کنترل شناخته می‌شوند، چون قدرت آنها با تغییر جریان تنظیم می‌شود و قطبیت آنها با تغییر جهت جریان معکوس می‌شود.

میدان مغناطیسی در الکترومغناطیس از تعامل جریان‌ها در دورهای مجاور سیم پیچ ایجاد می‌شود. جهت میدان نتیجه‌ای از قانون دست راست است و نیروی بین هادی‌ها ناشی از تعامل میدان‌های مغناطیسی فردی آنها است.

کاربردهای رایج: موتورهای الکتریکی، رله‌ها، دستگاه‌های تصویربرداری مغناطیسی هسته‌ای (MRI)، بلندگوها و سیستم‌های بلند کردن صنعتی.

تعریف مغناطیس دائمی

مغناطیس دائمی از یک ماده فرومغناطیس سخت ساخته شده است که پس از مغناطیس شدن در زمان تولید، مغناطیسی خود را حفظ می‌کند. برخلاف الکترومغناطیس‌ها، مغناطیس‌های دائمی نیازی به منبع بیرونی انرژی برای حفظ میدان مغناطیسی خود ندارند.

نوع‌های رایج مغناطیس دائمی شامل:

• آلنیکو (آلومنیم-نیکل-کبالت)

• نئودیمیوم (NdFeB - نئودیمیوم-آهن-بورن)

• فیریت (سرامیک)

• ساماریوم کبالت (SmCo)

این مواد به دلیل کوهرسی بالا و بازماندگی، انتخاب می‌شوند تا بتوانند دموگناطیس شدن را مقاومت کرده و میدان‌های مغناطیسی قوی را برای مدت‌های طولانی حفظ کنند.

چگونه مغناطیس‌های دائمی میدان مغناطیسی خود را تولید می‌کنند؟

تمام مواد فرومغناطیسی شامل نواحی کوچکی به نام دامنه‌های مغناطیسی هستند که گشتاورهای مغناطیسی اتم‌ها در آنها هم‌راستا هستند. در حالت غیرمغناطیسی، این دامنه‌ها به طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند و یکدیگر را خنثی می‌کنند، که نتیجه آن عدم وجود میدان مغناطیسی خالص است.

برای ایجاد یک مغناطیس دائمی:

• مواد به یک میدان مغناطیسی بیرونی بسیار قوی معرض می‌شوند.

• هم‌زمان، به دمای بالا (زیر نقطه کوری) گرم می‌شوند تا دامنه‌ها آزادانه حرکت کنند.

• با خنک شدن مواد در حضور میدان بیرونی، دامنه‌ها با میدان اعمال شده هم‌راستا می‌شوند و "قفل" می‌شوند.

• پس از خنک شدن، مواد این هم‌راستا را حفظ کرده و به اشباع مغناطیسی می‌رسند و مغناطیس دائمی می‌شوند.

این فرآیند مطمئن می‌کند که میدان‌های مغناطیسی دامنه‌ها یکدیگر را تقویت کنند و نه لغو کنند، که نتیجه آن یک میدان مغناطیسی خالص قوی و مستمر است.

دموگناطیس شدن

مغناطیس‌های دائمی می‌توانند مغناطیسی خود را از دست بدهند اگر به:

• دمای بالا (به ویژه بالای دمای کوری)،

• میدان‌های مغناطیسی مخالف قوی،

• شوک فیزیکی یا لرزش (در برخی مواد).

این شرایط می‌توانند دامنه‌های هم‌راستا را اختلال دهند و آنها را به یک جهت تصادفی برگردانند و میدان مغناطیسی خالص را کاهش دهند یا حذف کنند.

کاربردهای رایج: موتورهای الکتریکی، ژنراتورها، سنسورها، کوپل‌های مغناطیسی، مغناطیس‌های یخچال و بلندگوها.

نتیجه‌گیری

الکترومغناطیس و مغناطیس دائمی هر یک بر اساس اصول عملیاتی خود مزایای منحصر به فردی دارند. الکترومغناطیس‌ها قابلیت کنترل، قدرت بالا در تقاضا و قابلیت معکوس شدن را ارائه می‌دهند، که آنها را برای کاربردهای پویا مناسب می‌کند. مغناطیس‌های دائمی یک میدان مغناطیسی ثابت و بدون نیاز به نگهداری ارائه می‌دهند که برای طراحی‌های فشرده و با کارایی انرژی مناسب است.

انتخاب بین این دو به نیازهای خاص کاربرد بستگی دارد، از جمله در دسترس بودن انرژی، نیاز به کنترل، محیط کار، محدودیت‌های اندازه و هزینه. فهم تفاوت‌های آنها مهندسان و طراحان را قادر می‌سازد تا راه‌حل مغناطیسی مناسب‌تر را برای نیازهای خود انتخاب کنند.