الفرق بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم

تُعرف المادة التي تمتلك مغناطيسية باسم “المغناطيس”، حيث يخلق مجالًا مغناطيسيًا يمثل القوة المغناطيسية داخل المغناطيس والمنطقة المحيطة به، والمجال المغناطيسي متجه بطبيعته ويتم تحديد شدته من خلال كثافة خطوط المجال، وهذا بسبب تجميع الخط الميداني، والأقطاب المغناطيسية المتشابهة تتنافر، بينما الأقطاب المغناطيسية المختلفة تجذب بعضها البعض، وهناك نوعان من المغناطيس: مغناطيس كهربائي، ومغناطيس دائم.

وينظر إلى المغناطيسات الكهربائية والمغناطيس الدائم على أنهما النوعان الرئيسيان من المواد التي لها خصائص مغناطيسية، ويتم التمييز بينهما إلى حد كبير على أساس توليد مجال مغناطيسي، لذا فإن الاختلاف بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم هو أن المغناطيس الكهربائي يخلق مجالًا مغناطيسيًا عندما يتم تزويده بالتيار الكهربائي، في المقابل، فإن المغناطيس الدائم نفسه يولد مجالًا مغناطيسيًا عندما يكون ممغنطًا.

وتتمثل الاختلافات الأساسية بين المغناطيسات الكهربائية والمغناطيسات الدائمة فيما يلي: [1]

يوفر المغناطيس الكهربائي مغنطة مؤقتة، بينما المغناطيس الدائم له مغنطة دائمة على مدى فترة طويلة من الزمن.
يعتمد المجال المغناطيسي للمغناطيسات الكهربائية على التيار المتدفق عبر المادة، ومع المغناطيس الدائم، يوجد المجال المغناطيسي في المادة بمجرد مغنطتها.
تتطلب المواد الكهرومغناطيسية تدفقًا ثابتًا للتيار، ولذلك فإن المغناطيسات الكهرومغناطيسية تتطلب إمدادًا منتظمًا بالطاقة الكهربائية، ومع ذلك، هذا ليس هو الحال مع المغناطيس الدائم.
بشكل عام، يتم إزالة المغناطيس الكهربائي عندما تكون هناك حاجة لإزالة المغناطيس ببساطة عن طريق إزالة التيار من التدفق عبر المادة، ويجب أن تكون درجة الحرارة الزائدة متاحة لإزالة المغناطيس الدائم.
في المغناطيسات الكهربائية، تتغير قوة المجال المغناطيسي وفقًا لكمية التيار المتدفق عبر المادة، وعلى الرغم من أن المغناطيس الدائم يحافظ على المجال المغناطيسي بشكل دائم لفترة طويلة جدًا في حالة فقدان الخصائص المغناطيسية، فإن المادة غير صالحة للاستعمال.
المغناطيس المتعرج من خلال قلب الحديد هو مثال على المغناطيس الكهربائي، بينما المغناطيس الشريطي هو مثال للمغناطيس الدائم.
التكلفة الأولية للمغناطيسات الكهربائية منخفضة، ولكنها تتطلب مصدرًا مستمرًا للطاقة لإنشاء مجال مغناطيسي، على عكس المغناطيس الدائم، فهي أغلى نسبيًا من المغناطيسات الكهربائية، ولكنها لا تتطلب مصدر طاقة خارجيًا.
نظرًا لأن المغناطيسات الكهربائية تتطلب وصلات نحاسية، فإنها تشغل مساحة أكبر، في حين أن المغناطيس الدائم يكون مضغوطًا نسبيًا في الهيكل.
تعتمد قطبية المغناطيسات الكهربائية على اتجاه التدفق الحالي وبالتالي يمكن أن تتنوع، ومع ذلك، فإن قطبية المغناطيس الدائم ثابتة 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. [2]

ما هو المغناطيس الدائم

المغناطيس الدائم هو مادة مغناطيسية صلبة ممغنطة في وقت التصنيع وبالتالي لها مجال مغناطيسي خاص بها، وهذه لا تتطلب أي طاقة خارجية، حيث أن خصائصها المغناطيس مستقلة عن أي إثارة 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.

ويتم استخدام مغنطة المواد لمحاذاة المناطق الموجودة في اتجاهات عشوائية، وهذا لأن الحقول المغناطيسية تلغي بعضها البعض في اتجاهات عشوائية، وبمجرد أن يتم مغنطة المغناطيس الدائم، فإنها تحتفظ بخصائصها المغناطيسية لفترة طويلة جدًا، ومع ذلك، يتم إزالة المغناطيس الدائم بشكل عام عن طريق تعريض المغناطيس لدرجة حرارة عالية جدًا، لأن هذا يؤدي إلى تضاعف المجالات المتوافقة مرة أخرى. [2]

تعريف الكهرومغناطيسية

عندما يتم توصيل البطارية بملف لولبي “يُجرح ملف من الأسلاك حول مسمار”، يتصرف الجهاز مثل المغناطيس، وهذا بسبب المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المتدفق عبر الملف، ويحتفظ الظفر بمغناطيسيته حتى يتدفق تيار عبر الملف، ولكن بمجرد عدم وجود تيار، يفقد الظفر مغناطيسيته، ويمكنك إنتاج مغناطيس كهربائي عندما تقوم بلف ملف من الأسلاك عبر قلب حديدي.[1]

أساسيات المغناطيس

المواد ذات الخصائص المغناطيسية لها مجالات مغناطيسية، ولا يحتوي الظفر الصلب النموذجي على مجال مغناطيسي قوي بما يكفي لجذب مشبك ورق معدني، ومع ذلك، يمكن أن يزيد من مغنطة شدة المجال المغناطيسي للمسامير الفولاذية.

وإذا وضعت مغناطيسًا دائمًا قويًا بجوار مسمار فولاذي، فسيكون هناك مجال مغناطيسي أقوى في الظفر وسيعمل كمغناطيس مؤقت، ويُطلق على الظفر مغناطيس مؤقت لأنه بمجرد إزالة المغناطيس الدائم، يفقد الظفر قوة المجال المغناطيسي الذي يجذب مشبك الورق. [1]

النظرية الذرية الأساسية للمغناطيس

تحتوي المواد المغناطيسية على إلكترونات تدور حول النواة وتمارس بشكل فردي مجالًا مغناطيسيًا صغيرًا، وهذا يجعل كل ذرة مغناطيسًا صغيرًا في واحدة أكبر، وتسمى هذه المغناطيسات الصغيرة ثنائيات الأقطاب لأنها تحتوي على أقطاب مغناطيسية شمالية وجنوبية، وتميل ثنائيات الأقطاب الفردية إلى التكتل مع الأقطاب الأخرى التي تشكل أقطابًا أكبر تسمى المجالات، وتحتوي هذه الحقول 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.

والفرق بين المغناطيس الدائم والمغناطيس المؤقت هو أنه بعد اكتمال المغنطة، تظل الحقول الذرية للمغناطيس الدائم في حالة توازن ولها مجال مغناطيسي قوي، بينما تعيد الحقول المغناطيسية المؤقتة ترتيب نفسها في حالة اختلال ومجال مغناطيسي ضعيف.

وهناك طريقة واحدة لتدمير المغناطيس الدائم هي من خلال ارتفاع درجة الحرارة، حيث تتسبب الحرارة الزائدة في اهتزاز ذرات المغناطيس بعنف وتعطيل محاذاة الحقول الذرية وثنائيات أقطابها، وبعد التبريد، لم يعد يتم إعادة تنظيم المجالات كما كان من قبل وأصبحت مغناطيسًا هيكليًا مؤقتًا.[2]