Magnetyzm to naturalna siła, która pozwala magnesom na interakcję z innymi magnesami i niektórymi metalami na odległość. Każdy magnes ma dwa bieguny, nazwane biegunem „północnym” i „południowym”. Jak bieguny magnetyczne odpychają się od siebie, a różne bieguny przyciągają się bliżej. Wszystkie magnesy przyciągają do nich określone metale. Istnieją dwa rodzaje magnesów. Istnieją naturalnie występujące magnesy i magnesy wykonane z części elektryczne, zwane „elektromagnesami”.
Związek między elektrycznością a magnetyzmem
Elektryczność i magnetyzm, choć pozornie dwie oddzielne siły, w rzeczywistości są ze sobą ściśle powiązane. Odkryte przez fizyka Michaela Faradaya w XIX wieku prawo indukcji elektromagnetycznej pokazuje, że poruszające się ładunki elektryczne wytwarzają pola magnetyczne. Według Kristen Coyne z National High Magnetic Field Laboratory to podstawa istnienia naturalnie występujących magnesów i sztucznych elektromagnesów.
Magnesy naturalne
W przypadku naturalnie występujących magnesów prąd poruszających się ładunków elektrycznych, który wytwarza pole magnetyczne, jest generowany wewnątrz substancji magnesu. Atomy, maleńkie cząstki, które składają się na wszystkie obiekty fizyczne, składają się z naładowanych elektronów krążących wokół cząstek jądrowych. Ponieważ elektrony nieustannie poruszają się wokół jądra, nieustannie wytwarzają pola magnetyczne.
Dlaczego magnesy naturalne mają pola magnetyczne
W większości materiałów bieguny północne i południowe tych maleńkich magnesów atomowych są skierowane we wszystkie strony. To sprawia, że efekty każdego z nich znoszą się nawzajem, a materiał pozostaje niemagnetyczny. W przypadku niektórych materiałów, głównie metali, te maleńkie magnesy ustawiają się w linii i sprawiają, że cały obiekt jest magnetyczny.
Części elektromagnesu
Elektromagnes to urządzenie składające się z trzech prostych części. Zwój drutu jest owinięty wokół rdzenia z metalu, zwykle żelaza. Do cewki drutu podłączony jest akumulator lub inne źródło zasilania. Drut jest na ogół bardzo cienki i izolowany emalią, aby jeszcze bardziej zmniejszyć rozmiar.
Jak działają elektromagnesy
Po przyłożeniu napięcia do cewki zaczyna przez nią przepływać prąd elektryczny. Powoduje to powstanie pola magnetycznego wokół przewodu. Kształt cewki wymusza pole magnetyczne prądu w specjalnej konfiguracji. Wszystkie pola każdej pętli cewki zbiegają się tak, że efekt jest podobny do naturalnego magnesu sztabkowego. Jeden koniec cewki to biegun północny, a drugi koniec to biegun południowy. Żelazny rdzeń wzmacnia pole drutu, wzmacniając elektromagnes.
W porównaniu
Pod wieloma względami magnes naturalny i elektromagnes są takie same. Oba są obiektami wytwarzającymi duże pola magnetyczne z prądów elektrycznych. Oba mają biegun północny i południowy. Jednak elektromagnes może zmieniać swoją siłę (zmieniając swój prąd), a magnes naturalny nie. Elektromagnes może przełączać swoje bieguny (odwracając napięcie), podczas gdy magnes naturalny nie. Pole naturalnego magnesu generowane jest przez wiele mikroskopijnych prądów. Pole elektromagnesu jest generowane przez pojedynczy prąd o dużej skali.
