Ο μαγνητισμός είναι μια φυσική δύναμη που επιτρέπει στους μαγνήτες να αλληλεπιδρούν με άλλους μαγνήτες, και ορισμένα μέταλλα, σε απόσταση. Κάθε μαγνήτης έχει δύο πόλους, που ονομάζονται πόλοι «βόρεια» και «νότος». Όπως οι μαγνητικοί πόλοι ωθούν ο ένας τον άλλο μακριά και διαφορετικοί πόλοι τραβούν ο ένας τον άλλον πιο κοντά. Όλοι οι μαγνήτες προσελκύουν ορισμένα μέταλλα σε αυτά. Υπάρχουν δύο είδη μαγνητών. Υπάρχουν φυσικά μαγνήτες και μαγνήτες από ηλεκτρικά μέρη, που ονομάζονται «ηλεκτρομαγνήτες».
Σχέση ηλεκτρικής ενέργειας και μαγνητισμού
Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός, αν και φαινομενικά δύο ξεχωριστές δυνάμεις, στην πραγματικότητα συνδέονται στενά. Ανακαλύφθηκε από τον φυσικό Michael Faraday τον 19ο αιώνα, ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής δείχνει ότι τα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία δημιουργούν μαγνητικά πεδία. Αυτή είναι η βάση για την ύπαρξη φυσικών μαγνητών και τεχνητών ηλεκτρομαγνητών, σύμφωνα με την Kristen Coyne του Εθνικού Εργαστηρίου Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου.
Φυσικοί μαγνήτες
Με τους φυσικούς μαγνήτες, το ρεύμα των κινούμενων ηλεκτρικών φορτίων που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται μέσα στην ουσία του μαγνήτη. Τα άτομα, τα μικροσκοπικά σωματίδια που αποτελούν όλα τα φυσικά αντικείμενα, αποτελούνται από φορτισμένα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από πυρηνικά σωματίδια. Επειδή τα ηλεκτρόνια κινούνται συνεχώς γύρω από τον πυρήνα, δημιουργούν συνεχώς μαγνητικά πεδία.
Γιατί οι φυσικοί μαγνήτες έχουν μαγνητικά πεδία
Στα περισσότερα υλικά, οι βόρειοι και νότιοι πόλοι αυτών των μικροσκοπικών ατομικών μαγνητών δείχνουν κάθε τρόπο. Αυτό καθιστά τα αποτελέσματα του κάθε ακυρώνονται μεταξύ τους και το υλικό παραμένει μη μαγνητικό. Σε ορισμένα υλικά, κυρίως μέταλλα, αυτοί οι μικροσκοπικοί μαγνήτες ευθυγραμμίζονται και καθιστούν ολόκληρο το αντικείμενο μαγνητικό.
Μέρη ηλεκτρομαγνήτη
Ένας ηλεκτρομαγνήτης είναι μια συσκευή που αποτελείται από τρία απλά μέρη. Ένα πηνίο σύρματος τυλίγεται γύρω από έναν πυρήνα μετάλλου, συνήθως σιδήρου. Μια μπαταρία ή άλλη πηγή τροφοδοσίας συνδέεται στο πηνίο του καλωδίου. Το σύρμα είναι γενικά πολύ λεπτό και μονώνεται από σμάλτο, για να διατηρείται το μέγεθος κάτω.
Πώς λειτουργούν οι ηλεκτρομαγνήτες
Όταν εφαρμόζεται τάση στο πηνίο, τότε ένα ηλεκτρικό ρεύμα αρχίζει να ρέει μέσα από αυτό. Αυτό προκαλεί σχηματισμό μαγνητικού πεδίου γύρω από το καλώδιο. Το σχήμα πηνίου αναγκάζει το μαγνητικό πεδίο του ρεύματος σε ειδική διαμόρφωση. Όλα τα πεδία κάθε βρόχου του πηνίου ευθυγραμμίζονται έτσι ώστε το αποτέλεσμα είναι αυτό ενός φυσικού μαγνήτη ράβδου. Το ένα άκρο του πηνίου είναι ένας βόρειος πόλος και το άλλο άκρο είναι ένας νότιος πόλος. Ο σίδηρος πυρήνας ενισχύει το πεδίο του σύρματος, καθιστώντας τον ηλεκτρομαγνήτη ισχυρότερο.
Σε σύγκριση
Από πολλές απόψεις ένας φυσικός μαγνήτης και ένας ηλεκτρομαγνήτης είναι οι ίδιοι. Και τα δύο είναι αντικείμενα που παράγουν μεγάλα μαγνητικά πεδία από ηλεκτρικά ρεύματα. Και οι δύο έχουν βόρειο και νότιο πόλο. Ωστόσο, ένας ηλεκτρομαγνήτης μπορεί να μεταβάλλει την ισχύ του (μεταβάλλοντας το ρεύμα του) και ένας φυσικός μαγνήτης δεν μπορεί. Ένας ηλεκτρομαγνήτης μπορεί να αλλάξει τους πόλους του (αναστρέφοντας την τάση του) ενώ ένας φυσικός μαγνήτης δεν μπορεί. Το πεδίο ενός φυσικού μαγνήτη δημιουργείται από πολλά μικροσκοπικά ρεύματα. Το πεδίο ενός ηλεκτρομαγνήτη δημιουργείται από ένα μόνο ρεύμα μεγάλης κλίμακας.