אלקטרומגנט לעומת מגנט קבוע
אלקטרומגנטים ומגנטים קבועים הם שני נושאים חשובים בתיאוריה האלקטרומגנטית. מאמר זה יסביר את היסודות של מגנטיות, אלקטרומגנט ומגנט קבוע ויתאר את בין שני המגנטים.
מהו אלקטרומגנט?
כדי להבין אלקטרומגנטים, יש להבין תחילה את התיאוריות מאחורי המגנטיות. מגנטיות מתרחשת עקב זרמים חשמליים. מוליך נושא זרם ישר מפעיל כוח, נורמלי לזרם, על מוליך נושא זרם אחר המוצב במקביל למוליך הראשון. מכיוון שכוח זה מאונך לזרימת המטענים, זה לא יכול להיות כוח חשמלי.זה זוהה מאוחר יותר כמגנטיות.
הכוח המגנטי יכול להיות מושך או דוחה אבל תמיד הדדי. שדה מגנטי מפעיל כוח על כל מטען נע, אך מטענים נייחים אינם מושפעים. שדה מגנטי של מטען נע הוא תמיד מאונך למהירות. הכוח על מטען נע על ידי שדה מגנטי הוא פרופורציונלי למהירות המטען ולכיוון השדה המגנטי.
למגנט יש שני קטבים. הם מוגדרים כקוטב צפוני וקוטב דרומי. קווי השדה המגנטי מתחילים בקוטב הצפוני ומסתיימים בקוטב הדרומי. עם זאת, קווי שדה אלה הינם היפותטיים. יש לציין שקטבים מגנטיים אינם קיימים כמונופול. לא ניתן לבודד את הקטבים. זה ידוע בתור חוק גאוס למגנטיות. אלקטרומגנט הוא רכיב המורכב מלולאות נושאות זרם. לולאות אלו יכולות להיות בכל צורה, אבל לאלקטרומגנטים נפוצים יש צורה של סולנואידים או טבעות.
מהו מגנט קבוע?
מכיוון שזרם חשמלי הוא הדרך היחידה ליצור מגנט, מגנטים קבועים חייבים להיות מורכבים מזרמים. לכל אטום יש אלקטרונים המקיפים את גרעין האטום, ולאלקטרונים אלה יש תכונה הנקראת ספין אלקטרוני. שתי תכונות אלו אחראיות למגנטיות בחומרים. ניתן לקבץ חומרים למספר קטגוריות לפי התכונות המגנטיות שלהם. חומרים פרמגנטיים, חומרים דיאמגנטיים וחומרים פרומגנטיים הם למנות כמה. ישנם גם סוגים פחות נפוצים כגון חומרים אנטי-פרומגנטיים וחומרים פרומגנטיים. דיאמגנטיות מוצגת באטומים עם אלקטרונים מזווגים בלבד. הספין הכולל של האטומים הללו הוא אפס. התכונות המגנטיות נוצרות רק עקב תנועת המסלול של אלקטרונים. כאשר מניחים חומר דיאמגנטי בשדה מגנטי חיצוני, הוא יפיק שדה מגנטי חלש אנטי מקביל לשדה החיצוני. לחומרים פרמגנטיים יש אטומים עם אלקטרונים לא מזווגים. הספינים האלקטרוניים של אלקטרונים בלתי מזווגים אלה פועלים כמגנטים קטנים, שהם חזקים יותר מהמגנטים שנוצרו על ידי תנועת מסלול האלקטרונים.כאשר ממוקמים בשדה מגנטי חיצוני, המגנטים הקטנים הללו מתיישרים עם השדה כדי לייצר שדה מגנטי, המקביל לשדה החיצוני. חומרים פרומגנטיים הם גם חומרים פרמגנטיים עם אזורים של דיפולים מגנטיים בכיוון אחד עוד לפני הפעלת השדה המגנטי החיצוני. כאשר השדה החיצוני מופעל, האזורים המגנטיים הללו יתיישרו במקביל לשדה כך שהם יחזקו את השדה. פרומגנטיות נשארת בחומר גם לאחר הסרת השדה החיצוני, אך פרמגנטיות ודיאמגנטיות נעלמת ברגע שהשדה החיצוני מוסר. המגנטים הקבועים מורכבים מחומרים פרומגנטיים כאלה.
מה ההבדל בין אלקטרומגנטים למגנטים קבועים?
• מגנטים קבועים הם גם אלקטרומגנטים עם זרם רציף שזורם, מה שהופך כל אטום למגנט.
• האלקטרומגנטיות נעלמת ברגע שהזרם החיצוני מופסק, אבל המגנטיות הקבועה נשארת.
