So sánh nam châm vĩnh cửu và nam châm điện

Nam châm vĩnh cửu (NCVC) là nam châm có độ bền từ tính, rất bền bỉ và bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Nam châm được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống và công nghiệp. Bài viết sẽ giới thiệu đến bạn NCVC và so sánh với nam châm điện cũng như ứng dụng.

1. Nam châm vĩnh cửu là gì?

Như tên gọi của nó cho thấy, nam châm vĩnh cửu (NCVC) là loại nam châm làm từ bất kỳ vật liệu từ tính nào mà các nguyên tử của nó đã được liên kết cố định để tạo ra một từ trường bền bỉ. 

NCVC có thể được làm bằng một số vật liệu khác nhau, bao gồm hợp kim của nhôm, niken, coban và đôi khi đồng, sắt, titan; gốm; alnico; hợp kim của samari và coban; và hợp kim của neodymium, sắt, bo. Trong đó nam châm neodymium và samarium-coban cũng được phân loại là nam châm đất hiếm. Những nam châm này có độ bền vượt trội so với kích thước và khối lượng của vật liệu tạo ra nó.

Nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường bền bỉ

2. Nam châm vĩnh cửu và nam châm điện

Thực tế khi nhìn chung, nam châm hoạt động trong hàng trăm ứng dụng xung quanh bạn hàng ngày. Tùy thuộc vào việc sử dụng mà bạn có thể sử dụng NCVC hay nam châm điện. Đây là hai loại nam châm hiện nay chúng ta có và giữa chúng có những đặc điểm và lợi ích khác nhau.

2.1. Nam châm điện

Chúng ta đã tìm hiểu về NCVC phía trên, bây giờ đến nam châm điện. Cũng giống như tên gọi, nam châm điện hoạt động dựa trên điện. Lực từ sinh ra khi mở dòng điện và dừng lại khi ngắt dòng điện. Một nam châm điện đơn giản được tạo ra bằng cách quấn dây dẫn điện chặt chẽ xung quanh một lõi sắt. Một khi dây được nối với điện, một từ trường sẽ được tạo ra bên trong lõi sắt đó. Không giống NCVC, từ trường dừng khi dòng điện ngừng.

2.2. Sự khác biệt

Sự khác biệt giữa NCVC và nam châm điện là 2 điểm chính: độ bền và sức mạnh từ tính.

Thứ nhất, NCVC được cho là sẽ giữ được độ bền từ tính vĩnh viễn. Tuy nhiên, nam châm điện lại có hoặc mất từ tính của chúng dựa trên việc cung cấp dòng điện.

Thứ hai, cường độ từ trường của nam châm vĩnh cửu phần lớn phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo nên nam châm. Cấu trúc vật lý vốn có của chúng quyết định lượng sức mạnh tối đa dựa trên vật liệu, kích thước và hình dạng. Đây là một số cố định không thay đổi sau khi từ hóa. Mặt khác, nam châm điện có sức mạnh của chúng dao động tùy thuộc vào lượng dòng điện được cung cấp. Cùng một nam châm điện có thể cung cấp nhiều cường độ từ trường.

2.3. Chọn nam châm vĩnh cửu

NCVC có lợi ích chính là hoạt động mà không cần nguồn điện, làm cho chúng tiết kiệm năng lượng và có thể dễ dàng di chuyển đến nhiều vị trí khác nhau. Hơn nữa, tính khả dụng của chúng với kích thước rất nhỏ khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng giới hạn về kích thước.

Nam châm vĩnh cửu có kích thước rất nhỏ

Tuy nhiên, nam châm vĩnh cửu lại gặp hạn chế về nhiệt độ hoạt động. Sự mất sức mạnh này trong môi trường quá nóng khiến chúng không phù hợp với một số ứng dụng, hoặc có yêu cầu làm mát đặc biệt. Cường độ từ tính cố định của chúng cũng có thể khiến chúng không hấp dẫn đối với những người dùng đang tìm kiếm sự linh hoạt cao.

2.4. Chọn nam châm điện

Nam châm điện có lợi ích chính là điều chỉnh được cường độ từ trường của chúng – bằng cách bật hoặc tắt nam châm và bằng cách điều chỉnh dòng điện. Chúng cũng có độ bền lớn hơn NCVC. Một số ước tính chỉ ra nam châm điện lớn nhất có thể mạnh hơn NCVC mạnh nhất là 20 lần.

Tuy nhiên vì cần một lượng lớn cuộn dây để tạo ra từ trường rất mạnh, nên kích thước của chúng có thể gây cản trở đối với một số ứng dụng.

Lưu ý: Bởi vì ngay cả nam châm vĩnh cửu mạnh nhất cũng không mạnh bằng nam châm điện mạnh nhất nên ứng dụng của chúng bị hạn chế, nhưng chúng vẫn có nhiều công dụng như ứng dụng nam châm neodymium trong động cơ điện. Những thứ đơn giản trong đời sống hơn sẽ là nam châm tủ lạnh, ổ cứng, máy ATM và thẻ tín dụng, loa và micrô,… Trên thực tế, động cơ điện hoạt động thông qua sự tương tác giữa nam châm điện và NCVC.

3. Kết

Như vậy, chúng ta đã biết nam châm có thể được tạo ra bởi hai cách và mang những đặc tính khác nhau. Đó là nam châm điện được tạo ra từ dòng điện và nam châm vĩnh cửu được tạo ra từ các vật liệu, hợp kim khác nhau.

Nam châm vĩnh cửu là đối tượng được làm từ loại vật liệu từ hóa và tạo ra từ trường liên tục. Như tên gọi của chúng, một nam châm vĩnh cửu có từ trường hoạt động “lâu dài”. Điều này có nghĩa rằng nó luôn luôn có từ trường và sẽ tạo lực từ trường tại mọi thời điểm.

Một nam châm điện được làm từ một cuộn dây điện hoạt động như một nam châm khi có dòng điện đi qua nó. Thường thì một nam châm điện được quấn quanh một lõi của vật liệu sắt từ như thép, trong đó tăng cường từ trường được sinh ra bởi cuộn dây.

Tính chất từ của nam châm vĩnh cửu tồn tại một cách tự nhiên. Trong khi đó, một nam châm điện từ chỉ hiển thị các tính chất từ khi một dòng điện được áp dụng cho nó. Đó là cách bạn có thể phân biệt giữa hai loại nam châm này. Các nam châm mà chúng ta thường dùng để gắn vào tủ lạnh là nam châm vĩnh cửu, trong khi nam châm điện thường được dùng cho các động cơ hoặc thiết bị gắn liền với điện năng.

Cách tạo ra từ trường của nam châm điện

Sức mạnh từ

Sức mạnh nam châm vĩnh cửu phụ thuộc vào vật liệu sử dụng bên trong nó. Sức mạnh của một nam châm điện có thể được điều chỉnh bởi số lượng dòng điện cho phép chạy vào nó. Do đó, nam châm điện  có thể được điều chỉnh sức mạnh từ trường khác nhau.

Khi mất lực từ

Nếu một nam châm vĩnh cửu mất tính chất từ, vì không được làm nóng đến một mức độ tối đa, nó sẽ vô dụng. Trái lại, một nam châm điện mất điện từ mỗi khi một dòng điện được lấy ra và trở lại một lần nữa khi dòng điện được kết nối.

Ưu điểm nam châm vĩnh cửu

Ưu điểm chính của một nam châm vĩnh cửu so với một nam châm điện là nam châm vĩnh cửu không đòi hỏi  nguồn cung cấp liên tục năng lượng điện để duy trì từ trường của nó. Tuy nhiên, từ trường của một nam châm điện có thể được thao tác nhanh chóng trên một phạm vi rộng bằng cách kiểm soát số lượng dòng điện cung cấp cho các nam châm điện.

Đây là một cái nhìn tổng quan về sự so sánh giữa nam châm vĩnh cửu và nam châm điện. Mỗi loại nam châm lại có những đặc trưng, tính chất, ưu và nhược điểm khác nhau. Tùy từng trường hợp cũng như mục đích sử dụng mà con người sử dụng các loại nam châm phù hợp để đạt hiệu quả tối đa.

Nam châm điện và 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 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, bình thường đối với dòng điện, trên một dây dẫn mang dòng khác đặt song song với dây dẫn thứ nhất. Vì lực này vuông góc với dòng điện tích, đây không thể là lực điện. Điều này sau đó được xác định là từ tính.

Các lực từ có thể hấp dẫn hoặc phản cảm nhưng luôn 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. Một từ trường của một điện tích chuyển động luôn vuông góc với vận tốc. Lực tác dụng lên một điện tích chuyển động của từ trường tỷ lệ thuận với vận tốc của điện tích và hướng của từ trường.

Một nam châm có hai cực. Chúng được định nghĩa là Bắc Cực và Nam Cực. Các đường sức từ bắt đầu ở Bắc Cực và kết thúc ở Nam Cực. Tuy nhiên, những dòng trường này là giả thuyết. Cần lưu ý rằng các cực từ không tồn tại như một đơn cực. Các cực không thể được cô lập. Điều này được gọi là định luật Gauss cho từ tính. Một nam châm điện là một thành phần được tạo thành từ các vòng mang hiện tại. Các vòng này có thể có hình dạng bất kỳ, nhưng nam châm điện thông thường có hình dạng của solenoids hoặc vòng.

Nam châm vĩnh cửu là gì?

Vì dòng điện là cách duy nhất để tạo ra nam châm, nam châm vĩnh cửu phải bao gồm dòng điện. Mọi nguyên tử đều có các electron quay quanh hạt nhân của nguyên tử và những electron này có một tính chất gọi là spin điện tử. Hai tính chất này chịu trách nhiệm cho từ tính trong vật liệu. Vật liệu có thể được nhóm thành một số loại theo tính chất từ ​​của chúng. Vật liệu từ tính, vật liệu từ tính và vật liệu sắt từ là một vài cái tên. Ngoài ra còn có một số loại ít phổ biến hơn như vật liệu chống sắt từ và vật liệu sắt từ. Diamagnetism được thể hiện trong các nguyên tử chỉ có các electron ghép đôi. Tổng số spin của các nguyên tử này bằng không. Các tính chất từ ​​chỉ phát sinh do chuyển động quỹ đạo của các electron. Khi một vật liệu từ tính được đặt trong một từ trường bên ngoài, nó sẽ tạo ra một từ trường yếu chống song song với từ trường bên ngoài. Vật liệu từ tính có các nguyên tử với các electron chưa ghép cặp. Các spin điện tử của các electron chưa ghép cặp này hoạt động như các nam châm nhỏ, mạnh hơn các nam châm được tạo ra bởi chuyển động quỹ đạo của electron. Khi được đặt trong một từ trường bên ngoài, các nam châm nhỏ này thẳng hàng với từ trường để tạo ra một từ trường, song song với từ trường bên ngoài. Vật liệu sắt từ cũng là vật liệu thuận từ với các vùng lưỡng cực từ theo một hướng ngay cả trước khi từ trường bên ngoài được áp dụng. Khi trường bên ngoài được áp dụng, các vùng từ tính này sẽ tự sắp xếp song song với trường để chúng làm cho trường mạnh hơn. Ferromagnetism được để lại trong vật liệu ngay cả sau khi loại bỏ trường bên ngoài, nhưng chủ nghĩa paramagnetism và diamagnetism biến mất ngay sau khi trường bên ngoài bị loại bỏ. Các 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 chạy liên tục, làm cho mọi nguyên tử trở thành nam châm. • Điện từ biến mất sau khi dừng dòng điện bên ngoài, nhưng từ tính vĩnh viễn vẫn còn.