كيف يختلف المغناطيس الكهربائي عن المغناطيس الدائم

الفرق بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم

يعرف المادة التي تمتلك خاصية المغناطيسية باسم `المغناطيس`. حيث ينشئ المغناطيس مجالا مغناطيسيا يمثل القوة المغناطيسية داخله وفي المنطقة المحيطة به. ويكون المجال المغناطيسي متجها بطبيعته، وتحدد شدته من خلال كثافة خطوط المجال. ويحدث ذلك بسبب تجميع الخطوط الميدانية، حيث تتنافر الأقطاب المغناطيسية المتشابهة، بينما تجذب الأقطاب المغناطيسية المختلفة بعضها البعض. وهناك نوعان من المغناطيس: المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم.

يعتبر المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم المواد الرئيسيتين ذات الخصائص المغناطيسية، وتتم تمييزهما بشكل كبير بناء على إنتاج مجال مغناطيسي، لذلك الاختلاف بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم يكمن في أن المغناطيس الكهربائي ينشئ مجالا مغناطيسيا عند تدفق التيار الكهربائي فيه، بينما المغناطيس الدائم بحد ذاته يولد مجالا مغناطيسيا عندما يكون ممغنطا.

وتتمثل الاختلافات الأساسية بين المغناطيسات الكهربائية والمغناطيسات الدائمة فيما يلي:

• يوفر المغناطيس الكهربائي مغناطة مؤقتة، بينما المغناطيس الدائم يحتوي على مغناطة دائمة على مدى فترة طويلة من الزمن.
• يعتمد المجال المغناطيسي للمغناطيسات الكهربائية على تدفق التيار عبر المادة، ويكون المجال المغناطيسي في المادة بمجرد مغناطتها في المغناطيس الدائم.
• تحتاج المواد الكهرومغناطيسية إلى تدفق ثابت للتيار، ولذلك فإن المغناطيسات الكهرومغناطيسية تتطلب إمدادًا منتظمًا بالطاقة الكهربائية،ومع ذلك، لا ينطبق هذا الأمر على المغناطيس الدائم.
• تتم إزالة المغناطيس الكهربائي بشكل عام عندما تكون هناك حاجة لإزالة المغناطيس عن طريق إزالة التيار من التدفق عبر المادة، ويجب أن تكون درجة الحرارة المرتفعة متاحة لإزالة المغناطيس الدائم.
• في المغناطيسات الكهربائية، تتغير قوة المجال المغناطيسي بناءً على كمية التيار الكهربائي الذي يمر عبر المادة. وعلى الرغم من أن المغناطيس الدائم يحافظ على المجال المغناطيسي بشكل دائم لفترة طويلة جدًا، إلا أن المادة ليست صالحة للاستخدام إذا فقدت خصائصها المغناطيسية.
• يمثل المغناطيس المنحني عبر قلب الحديد مثالًا على المغناطيس الكهربائي، في حين يمثل المغناطيس الشريطي مثالًا على المغناطيس الدائم.
• تكلفة المغناطيسات الكهربائية المبدئية منخفضة، ولكنها تحتاج إلى مصدر طاقة مستمر لإنشاء مجال مغناطيسي، على عكس المغناطيس الدائم. وعلى الرغم من أنها أغلى نسبيًا من المغناطيسات الكهربائية، إلا أنها لا تتطلب مصدرطاقة خارجي.
• نظرًا لأن المغناطيسات الكهربائية تحتاج إلى وصلات نحاسية، فإنها تحتاج إلى مساحة أكبر، بينما يكون المغناطيس الدائم مضغوطًا نسبيًا فيالهيكل.
• تعتمدُ قطبيةُ المغناطيسات الكهربائية على اتجاهِ التدفق الحالي، وبالتالي يمكن أن تتنوع، ومع ذلك، فإن قطبية المغناطيس الدائم ثابتةٌ ولا يمكن تغييرها.

ما هو المغناطيس الكهربائي

المغناطيسات الكهربائية هي المادة التي تخلق مجالًا مغناطيسيًا من خلال تدفق الكهرباء، ويتم تشكيلها عن طريق لف سلك موصل حول قلب معدني ناعم، وفي الأساس، يتدفق التيار الكهربائي عبر السلك عندما يتم تنشيط السلك بواسطة مصدر، وهذا يخلق مجالًا مغناطيسيًا حول الملف، والذي يمغنط المعدن.

والمجال المغناطيسي الذي يولده المغناطيس الكهربائي مؤقت لأن توليد المجال المغناطيسي يعتمد على تدفق التيار، لذلك، عند إزالة التيار، يتناقص المجال المغناطيسي أيضًا، ومن ثم، يمكننا القول أن قوة هذه المغناطيسات تختلف باختلاف كمية التيار المتدفق عبر الملف، ومن ثم يشار إليه أحيانًا على أنه مغناطيس يمكن التحكم فيه.

وللمغناطيسات الكهربائية قطبين شمالي وجنوبي مختلفين، يعتمدان على اتجاه التدفق الحالي، والمجال المغناطيسي في المغناطيس الكهربائي هو نتيجة لتدفق تيار في موصلين متجاورين، لذلك، فإن اتجاه التدفق الحالي يحدد المجال المغناطيسي، والقوة بين اثنين من الموصلين هي نتيجة التفاعل بين الحقلين.

ما هو المغناطيس الدائم

المغناطيس الدائم هو مادة صلبة ممغنطة خلال عملية التصنيع، ولذلك تتمتع بمجال مغناطيسي خاص بها، وهذه المادة لا تحتاج إلى أي طاقة خارجية لتكون مغناطيسية، حيث تبقى خصائصها المغناطيسية ثابتة دون تأثر بأية تحفيزات خارجية.

وفي الأساس، تحتوي المادة المغناطيسية على مجال مغناطيسي ضعيف ناتج عن الإلكترونات التي تحيط بنواة الذرة، وهذه المجموعة من الذرات تخلق مجالات مغناطيسية، ومن أجل إنشاء مغناطيس دائم من مادة مغناطيسية حديدية، يتم تطبيق درجة حرارة عالية للغاية على المادة المغناطيسية الخارجية في وجود مجال مغناطيسي خارجي قوي.

ويؤدي هذا إلى محاذاة المجالات المغناطيسية في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي، وبمجرد أن تصل المادة إلى تشبعها المغناطيسي، يتم تبريدها بينما تظل الحقول ثابتة في موضعها المحاذي، وهذا يخلق مغناطيس قوي دائم، وأفضل مثال على المغناطيس الدائم هو Bar Magnet، ويفسر هذا المغناطيس على نطاق واسع سلوك المغناطيس، وفي الواقع، نسمي المغناطيس الدائم أيضًا مغناطيس البار.

تستخدم المغناطيسات لترتيب المناطق الموجودة في اتجاهات عشوائية، وذلك لأن الحقول المغناطيسية تلغي بعضها البعض في اتجاهات عشوائية، وعندما يتم مغنطة المغناطيس الدائم، فإنه يحتفظ بخصائصه المغناطيسية لفترة طويلة جدا، ومع ذلك، يتم عموما إزالة المغناطيس الدائم عن طريق تعريض المغناطيس لدرجة حرارة عالية جدا، لأن ذلك يؤدي إلى تضاعف المجالات المغناطيسية المتقاربة مرة أخرى.

تعريف الكهرومغناطيسية

عندما يتم توصيل البطارية بملف لولبي، يتصرف الجهاز كمغناطيس بفعل المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المار في الملف، ويحتفظ المغناطيس بقوته حتى يتدفق التيار عبر الملف، ولكن عندما ينقطع التيار، يفقد المغناطيس قوته، ويمكنك توليد مغناطيس كهربائي عند لف سلك حول قلب من الحديد.

أساسيات المغناطيس

تمتلك المواد ذات الخصائص المغناطيسية مجالات مغناطيسية، وعلى الرغم من عدم وجود مجال مغناطيسي قوي بما يكفي في الظفر الصلب التقليدي لجذب مشابك الورق المعدنية، إلا أنه يمكن زيادة شدة المجال المغناطيسي للمسامير الفولاذية.

إذا وضعت مغناطيسًا دائمًا قويًا بجوار مسمار فولاذي، فسيكون هناك مجال مغناطيسي أقوى في الظفر وسيعمل كمغناطيس مؤقت، ويُطلق على الظفر مغناطيسًا مؤقتًالأنه بمجرد إزالة المغناطيس الدائم، يفقد الظفر قوة المجال المغناطيسي الذي يجذب مشبك الورق.

النظرية الذرية الأساسية للمغناطيس

تحتوي المواد المغناطيسية على إلكترونات تدور حول النواة، وتتولى كل إلكترون مجالا مغناطيسيا صغيرا بشكل فردي. وهذا يجعل كل ذرة تكون مغناطيسا صغيرا في نفسها. وتسمى هذه المغناطيسات الصغيرة ثنائيات الأقطاب لأنها تحتوي على أقطاب مغناطيسية شمالية وجنوبية. وتميل ثنائيات الأقطاب الفردية إلى التجمع مع الأقطاب الأخرى لتشكيل مجالات أكبر تسمى المجالات. وتحتوي هذه المجالات على مجالات مغناطيسية أقوى من ثنائيات الأقطاب الفردية.

وفي حالة المواد المغناطيسية وغير المغناطيسية، يتم ترتيب الحقول الذرية في اتجاهات مختلفة، ومع ذلك، عندما تكون المواد المغناطيسية ممغنطة، تصطف الحقول الذرية في اتجاه مشترك وبالتالي تعمل كحقل واحد كبير يكون مجاله المغناطيسي أقوى من أي مجال فردي، وهذا ما يعطي المغناطيس قوته.

الفرق بين المغناطيس الدائم والمغناطيس المؤقت يكمن في أن الحقول الذرية للمغناطيس الدائم تبقى في حالة توازن بعد اكتمال المغنطة وتولد مجال مغناطيسي قوي، بينما تعيد الحقول المغناطيسية المؤقتة ترتيب نفسها في حالة اختلال وينتج عنها مجال مغناطيسي ضعيف.

هناك طريقة واحدة لتدمير المغناطيس الدائم، وهي عن طريق زيادة درجة الحرارة، حيث تسبب الحرارة الزائدة اهتزازًا عنيفًا لذرات المغناطيس وتعطيل محاذاةالحقول الذرية والأقطاب الثنائية للمغناطيس، وعندما يبرد المغناطيس، لا يتم إعادة تنظيم المجالات كما كانت من قبل، مما يجعله مغناطيسًا هيكليًا مؤقتًا.