Nam châm điện so với Nam châm vĩnh cửu
Nam châm điện và nam châm vĩnh cửu là hai chủ đề quan trọng trong lý thuyết điện từ. Bài viết này sẽ giải thích các nguyên tắc cơ bản của từ tính, nam châm điện và nam châm vĩnh cửu và mô tả sự khác nhau giữa hai nam châm.
Nam châm điện là gì?
Để hiểu nam châm điện, trước tiên người ta phải hiểu các lý thuyết đằng sau từ tính. Từ tính xảy ra do dòng điện. Một dây dẫn mang dòng điện thẳng tác dụng một lực, pháp tuyến lên dòng điện lên một dây dẫn mang dòng điện khác đặt song song với dây dẫn thứ nhất. Vì lực này vuông góc với dòng điện tích nên đây không thể là lực điện. Điều này sau đó được xác định là từ tính.
Lực từ có thể là lực hút hoặc lực đẩy nhưng luôn tương hỗ. Từ trường tác dụng lực lên bất kỳ điện tích chuyển động nào, nhưng điện tích đứng yên không bị ảnh hưởng. Từ trường của một điện tích chuyển động luôn vuông góc với vận tốc. Lực tác dụng lên một điện tích chuyển động bởi từ trường tỷ lệ với vận tốc của điện tích và hướng của từ trường.
Một nam châm có hai cực. Chúng được xác định là Cực Bắc và Cực Nam. Các đường sức từ bắt đầu ở Bắc Cực và kết thúc ở Nam Cực. Tuy nhiên, những đường trường này chỉ là giả thuyết. Cần phải lưu ý rằng các cực từ không tồn tại như một đơn cực. Các cực không thể bị cô lập. Đây được gọi là định luật Gauss cho từ tính. Nam châm điện là một thành phần được tạo thành từ các vòng dây mang dòng điện. Các vòng này có thể có bất kỳ hình dạng nào, nhưng các nam châm điện thông thường có hình dạng của các ống đơn hoặc vòng.
Nam châm vĩnh viễn là gì?
Vì dòng điện là cách duy nhất để tạo ra nam châm, nam châm vĩnh cửu phải chứa dòng điện. Mọi nguyên tử đều có các điện tử quay quanh hạt nhân của nguyên tử, và các điện tử này có một đặc tính gọi là spin điện tử. Hai đặc tính này là nguyên nhân tạo ra từ tính trong vật liệu. Vật liệu có thể được nhóm thành nhiều loại tùy theo tính chất từ tính của chúng. Vật liệu thuận từ, Vật liệu nghịch từ và Vật liệu sắt từ là một vài trong số đó. Ngoài ra còn có một số loại ít phổ biến hơn như vật liệu phản sắt từ và vật liệu sắt từ. Tính nghịch từ được thể hiện trong nguyên tử chỉ có các electron ghép đôi. Tổng spin của các nguyên tử này bằng không. Tính chất từ chỉ nảy sinh do quỹ đạo chuyển động của các êlectron. Khi đặt vật nghịch từ trong từ trường ngoài, nó sẽ sinh ra từ trường yếu phản song song với từ trường ngoài. Vật liệu thuận từ có nguyên tử với các điện tử chưa ghép đôi. Các spin điện tử của các electron không ghép đôi này hoạt động như một nam châm nhỏ, mạnh hơn nam châm được tạo ra bởi chuyển động quỹ đạo của electron. Khi đặt trong từ trường ngoài, các nam châm nhỏ này sẽ thẳng hàng với từ trường để tạo ra từ trường, từ trường này song song với từ trường bên ngoài. Vật liệu sắt từ cũng là vật liệu thuận từ với các vùng của lưỡng cực từ theo một hướng ngay cả trước khi có từ trường bên ngoài. Khi có trường bên ngoài, các vùng từ tính này sẽ tự sắp xếp song song với trường để chúng làm cho từ trường mạnh hơn. Hiện tượng sắt từ vẫn còn trong vật liệu ngay cả sau khi trường bên ngoài bị loại bỏ, nhưng tính thuận từ và từ tính sẽ biến mất ngay sau khi trường bên ngoài bị loại bỏ. Nam châm vĩnh cửu được tạo thành từ các vật liệu sắt từ như vậy.
Sự khác biệt giữa nam châm điện và nam châm vĩnh cửu là gì?
• Nam châm vĩnh cửu cũng là nam châm điện có dòng điện liên tục chạy qua, làm cho mọi nguyên tử đều là nam châm.
• Hiện tượng điện từ biến mất khi dòng điện bên ngoài dừng lại, nhưng từ tính vĩnh cửu vẫn còn.
