Cuộn dây điện từ so với nam châm vĩnh cửu | Giải thích các điểm khác biệt chính

Các Điện Từ và Từ Trữ: Hiểu Các Điểm Khác Biệt Chính

Các điện từ và từ trữ là hai loại chính của vật liệu có tính chất từ. Mặc dù cả hai đều tạo ra trường từ, nhưng chúng khác biệt cơ bản về cách tạo ra các trường này.

Một điện từ chỉ tạo ra trường từ khi có dòng điện chạy qua nó. Ngược lại, một từ trữ tự nhiên tạo ra trường từ bền vững của riêng mình sau khi đã được từ hóa, mà không cần bất kỳ nguồn năng lượng bên ngoài nào.

Từ Là Gì?

Từ là vật liệu hoặc đối tượng tạo ra trường từ - một trường vectơ gây ra lực lên các vật liệu từ và các điện tích di chuyển. Trường này tồn tại cả trong từ và trong không gian xung quanh. Độ mạnh của trường từ được biểu diễn bằng mật độ của các đường sức từ: các đường càng gần nhau, trường càng mạnh.

Từ có hai cực - bắc và nam. Cực cùng loại đẩy nhau, trong khi cực đối lập hút nhau. Hành vi cơ bản này điều khiển các tương tác từ.

Dưới đây, chúng ta sẽ khám phá chi tiết hơn về các điểm khác biệt chính giữa điện từ và từ trữ.

Định Nghĩa Điện Từ

Điện từ là loại từ trong đó trường từ được tạo ra bởi dòng điện. Nó thường được xây dựng bằng cách quấn cuộn dây dẫn (thường là đồng) quanh lõi từ mềm, như sắt.

Khi dòng điện đi qua cuộn dây, một trường từ được tạo ra xung quanh dây. Lõi tăng cường trường này, trở nên tạm thời từ hóa. Độ mạnh và cực của trường từ phụ thuộc vào độ lớn và hướng của dòng điện.

Vì trường từ chỉ tồn tại khi có dòng điện, điện từ được coi là từ tạm thời. Khi dòng điện tắt, trường từ sụp đổ, và lõi mất hầu hết tính từ.

Sự kiểm soát này khiến điện từ rất đa dụng. Chúng thường được gọi là từ có thể kiểm soát vì độ mạnh của chúng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng điện, và cực của chúng có thể đảo ngược bằng cách thay đổi hướng dòng điện.

Trường từ trong điện từ xuất phát từ sự tương tác của dòng điện trong các vòng dây liền kề. Hướng của trường kết quả theo quy tắc bàn tay phải, và lực giữa các dây dẫn do sự tương tác của các trường từ riêng lẻ của chúng.

Ứng Dụng Thường Gặp: Động cơ điện, rơ-le, máy MRI, loa, và hệ thống nâng công nghiệp.

Định Nghĩa Từ Trữ

Từ trữ được làm từ vật liệu từ cứng duy trì tính từ sau khi được từ hóa trong quá trình sản xuất. Không giống như điện từ, từ trữ không cần nguồn năng lượng bên ngoài để duy trì trường từ của nó.

Các loại từ trữ phổ biến bao gồm:

• Alnico (Nhôm-Niken-Coban)

• Neodymium (NdFeB - Neodymium-Sắt-Boron)

• Ferrite (Gốm)

• Samarium Cobalt (SmCo)

Các vật liệu này được chọn vì độ coercivity và remanence cao, cho phép chúng kháng lại việc mất từ và duy trì trường từ mạnh trong thời gian dài.

Từ Trữ Tạo Ra Trường Từ Của Mình Như Thế Nào?

Tất cả các vật liệu từ chứa các vùng nhỏ gọi là miền từ, nơi các mô men từ của các nguyên tử được căn chỉnh. Trong trạng thái chưa từ hóa, các miền này chỉ theo các hướng ngẫu nhiên, triệt tiêu lẫn nhau, dẫn đến không có trường từ tổng cộng.

Để tạo ra từ trữ:

• Vật liệu được tiếp xúc với một trường từ ngoại vi rất mạnh.

• Đồng thời, nó được đun nóng đến nhiệt độ cao (dưới điểm Curie), cho phép các miền di chuyển tự do hơn.

• Khi vật liệu nguội trong sự hiện diện của trường ngoại vi, các miền căn chỉnh theo trường áp dụng và bị "khóa" tại chỗ.

• Sau khi nguội, vật liệu giữ lại căn chỉnh này, đạt đến trạng thái bão hòa từ và trở thành từ trữ.

Quá trình này đảm bảo rằng các trường từ của các miền bổ sung nhau thay vì triệt tiêu, dẫn đến một trường từ tổng cộng mạnh mẽ và bền vững.

Giải Từ Hóa

Từ trữ có thể mất tính từ nếu bị phơi nhiễm:

• Nhiệt độ cao (đặc biệt là trên điểm Curie),

• Trường từ ngoại vi mạnh,

• Sốc vật lý hoặc rung động (trong một số vật liệu).

Các điều kiện này có thể làm gián đoạn các miền căn chỉnh, khiến chúng trở lại trạng thái ngẫu nhiên và giảm hoặc loại bỏ trường từ tổng cộng.

Ứng Dụng Thường Gặp: Động cơ điện, máy phát điện, cảm biến, khớp từ, nam châm tủ lạnh, và tai nghe.

Kết Luận

Điện từ và từ trữ mỗi loại đều có ưu điểm riêng dựa trên nguyên lý hoạt động. Điện từ cung cấp khả năng kiểm soát, độ mạnh cao khi cần, và khả năng đảo chiều, làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng động. Từ trữ cung cấp trường từ liên tục, không cần bảo dưỡng, phù hợp cho các thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng.

Lựa chọn giữa hai loại này phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm khả năng cung cấp năng lượng, nhu cầu kiểm soát, môi trường hoạt động, hạn chế về kích thước và chi phí. Hiểu rõ sự khác biệt giữa chúng giúp kỹ sư và nhà thiết kế chọn giải pháp từ phù hợp nhất cho nhu cầu của họ.