แม่เหล็กไฟฟ้ากับแม่เหล็กถาวร | ความแตกต่างหลักที่อธิบายไว้

แม่เหล็กไฟฟ้ากับแม่เหล็กถาวร: การเข้าใจความแตกต่างหลัก

แม่เหล็กไฟฟ้าและแม่เหล็กถาวรเป็นสองประเภทหลักของวัสดุที่มีคุณสมบัติแม่เหล็ก แม้ว่าทั้งสองจะสร้างสนามแม่เหล็ก แต่พวกมันแตกต่างกันอย่างพื้นฐานในวิธีการผลิตสนามแม่เหล็กเหล่านี้

แม่เหล็กไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กรวมเพียงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ในทางตรงกันข้าม แม่เหล็กถาวรสร้างสนามแม่เหล็กของตนเองอย่างต่อเนื่องหลังจากถูกทำให้มีแม่เหล็ก โดยไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก

แม่เหล็กคืออะไร?

แม่เหล็กคือวัสดุหรือวัตถุที่สร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นสนามเวกเตอร์ที่ออกแรงต่อวัสดุแม่เหล็กอื่น ๆ และประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ สนามนี้มีอยู่ทั้งภายในแม่เหล็กและรอบ ๆ แม่เหล็ก ความแข็งแกร่งของสนามแม่เหล็กแสดงโดยความหนาแน่นของเส้นสนามแม่เหล็ก: ยิ่งเส้นใกล้กันมากเท่าไร สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น

แม่เหล็กมีสองขั้ว คือเหนือและใต้ ขั้วเดียวกันจะผลักดันกัน ในขณะที่ขั้วตรงข้ามจะดึงดูดกัน พฤติกรรมพื้นฐานนี้ควบคุมการปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็ก

ด้านล่างนี้ เราจะสำรวจความแตกต่างหลักระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าและแม่เหล็กถาวรในรายละเอียดมากขึ้น

คำจำกัดความของแม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นประเภทของแม่เหล็กที่สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้า มักจะสร้างขึ้นโดยการพันสายนำไฟฟ้า (มักเป็นทองแดง) รอบแกนแม่เหล็กที่เป็นเหล็กอ่อน

เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านสายพัน สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นรอบ ๆ สาย แกนจะเสริมสนามนี้ ทำให้เกิดการแม่เหล็กชั่วคราว ความแข็งแกร่งและขั้วของสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับขนาดและความทิศทางของกระแสไฟฟ้า

เนื่องจากสนามแม่เหล็กมีอยู่เฉพาะเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหล แม่เหล็กไฟฟ้าจึงถือว่าเป็นแม่เหล็กชั่วคราว หลังจากปิดกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะล่มสลาย และแกนจะสูญเสียแม่เหล็กส่วนใหญ่

ความสามารถในการควบคุมนี้ทำให้แม่เหล็กไฟฟ้ามีความหลากหลาย พวกเขาได้รับการเรียกว่าแม่เหล็กควบคุมได้ เนื่องจากความแข็งแกร่งของพวกเขาสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการเปลี่ยนแปลงกระแส และขั้วของพวกเขาสามารถกลับได้โดยการเปลี่ยนทิศทางของกระแส

สนามแม่เหล็กในแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการปฏิสัมพันธ์ของกระแสในวงจรที่อยู่ติดกัน ทิศทางของสนามที่เกิดขึ้นตามกฎมือขวา และแรงระหว่างตัวนำเกิดจากการปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กของแต่ละตัวนำ

การใช้งานทั่วไป: มอเตอร์ไฟฟ้า, รีเลย์, เครื่อง MRI, ลำโพง, และระบบยกอุตสาหกรรม

คำจำกัดความของแม่เหล็กถาวร

แม่เหล็กถาวรทำมาจากวัสดุแม่เหล็กที่แข็ง ซึ่งรักษาแม่เหล็กไว้หลังจากถูกทำให้มีแม่เหล็กในกระบวนการผลิต ต่างจากแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กถาวรไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอกเพื่อรักษาสนามแม่เหล็ก

ประเภทแม่เหล็กถาวรที่พบบ่อย:

• Alnico (อลูมิเนียม-นิกเกิล-โคบอลต์)

• Neodymium (NdFeB – นีโอดิเมียม-เหล็ก-โบรอน)

• Ferrite (เซรามิก)

• Samarium Cobalt (SmCo)

วัสดุเหล่านี้ถูกเลือกมาเนื่องจากมีความยืนหยัดและรีแมนเซนสูง ทำให้สามารถต้านทานการสูญเสียแม่เหล็กและรักษาสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งได้เป็นระยะเวลานาน

แม่เหล็กถาวรสร้างสนามแม่เหล็กของตนเองอย่างไร?

วัสดุแม่เหล็กทั้งหมดมีเขตแม่เหล็กเล็ก ๆ ที่เรียกว่าโดเมน ซึ่งโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมถูกจัดเรียง ในสถานะที่ไม่มีแม่เหล็ก โดเมนเหล่านี้ชี้ไปในทิศทางสุ่ม ทำให้สนามแม่เหล็กรวมเป็นศูนย์

ในการสร้างแม่เหล็กถาวร:

• วัสดุถูกสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอกที่แรงมาก

• พร้อมกันนั้น วัสดุถูกทำความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูง (ต่ำกว่าจุดเคอรี่) ทำให้โดเมนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

• เมื่อวัสดุเย็นลงในสภาพที่มีสนามแม่เหล็กภายนอก โดเมนจะจัดเรียงตามสนามที่ถูกนำไปและถูก "ล็อก" ไว้ในตำแหน่งนั้น

• หลังจากเย็นลง วัสดุจะรักษาการจัดเรียงนี้ ทำให้เกิดภาวะอิ่มตัวแม่เหล็กและกลายเป็นแม่เหล็กถาวร

กระบวนการนี้ทำให้สนามแม่เหล็กของโดเมนเสริมกันแทนที่จะตัดกัน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรวมที่แข็งแกร่งและคงทน

การสูญเสียแม่เหล็ก

แม่เหล็กถาวรอาจสูญเสียแม่เหล็กหากถูกสัมผัสกับ:

• อุณหภูมิสูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหนือจุดเคอรี่)

• สนามแม่เหล็กที่ตรงข้ามและแรง

• แรงกระแทกหรือการสั่นสะเทือน (ในบางวัสดุ)

เงื่อนไขเหล่านี้สามารถทำให้โดเมนที่จัดเรียงแล้วสับสน ทำให้กลับไปอยู่ในทิศทางสุ่ม และลดหรือทำลายสนามแม่เหล็กรวม

การใช้งานทั่วไป: มอเตอร์ไฟฟ้า, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, เซ็นเซอร์, คู่แม่เหล็ก, แม่เหล็กตู้เย็น, และหูฟัง

สรุป

แม่เหล็กไฟฟ้าและแม่เหล็กถาวรแต่ละชนิดมีข้อดีที่แตกต่างกันตามหลักการทำงาน แม่เหล็กไฟฟ้ามีความสามารถในการควบคุม ความแข็งแกร่งตามต้องการ และการกลับขั้ว ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีการเปลี่ยนแปลง แม่เหล็กถาวรให้สนามแม่เหล็กที่คงที่และไม่ต้องการการบำรุงรักษา ทำให้เหมาะสมสำหรับการออกแบบที่กะทัดรัดและประหยัดพลังงาน

การเลือกระหว่างสองประเภทขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของการใช้งาน รวมถึงการมีพลังงาน, ความต้องการควบคุม, สภาพแวดล้อมในการทำงาน, ข้อจำกัดเรื่องขนาด, และต้นทุน การเข้าใจความแตกต่างของพวกเขาระบุให้นักวิศวกรรมและนักออกแบบสามารถเลือกโซลูชันแม่เหล็กที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการของพวกเขา