Τι είναι οι μαγνητικές δυνάμεις;

Οι μαγνητικές δυνάμεις επιδρούν σε μαγνητικά αντικείμενα ή φορτισμένα σωματίδια που κινούνται μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο. Επηρεάζονται από την ένταση του μαγνητικού πεδίου, το συνολικό φορτίο ενός σωματιδίου, την ταχύτητα και την κατεύθυνσή του. Οι μόνιμοι μαγνήτες έχουν τις μοριακές τους δομές ευθυγραμμισμένες κατά τη διάρκεια του σχηματισμού τους, έτσι ώστε να προσελκύουν ορισμένους τύπους μετάλλων. Οι μαγνητικές δυνάμεις εκμεταλλεύονται όταν ο ηλεκτρισμός μετατρέπεται σε μηχανική περιστροφή και αντίστροφα.

Το μέσο μέσω του οποίου μεταδίδονται αυτές οι δυνάμεις είναι το μαγνητικό πεδίο. Ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργείται με μόνιμο μαγνήτη ή ηλεκτρικό ρεύμα. Δεδομένου ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα ρεύμα κινούμενων φορέων φορτίου, όπως τα ηλεκτρόνια, μπορεί να αναλυθεί λαμβάνοντας υπόψη μόνο ένα σωματίδιο. Έτσι, ένα μόνο ηλεκτρόνιο που κινείται μέσα στο διάστημα θα δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο.

Μια κοινή εφαρμογή των μαγνητικών δυνάμεων είναι ο μαγνήτης του ψυγείου, ο οποίος είναι μόνιμος μαγνήτης. Οι μόνιμοι μαγνήτες υπόκεινται σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο όταν κατασκευάζονται. Σε αυτή τη διαδικασία, οι εσωτερικές κρυσταλλικές δομές τους ευθυγραμμίζονται έτσι ώστε να παραμένουν μαγνητισμένες. Ένας μόνιμος μαγνήτης θα προσελκύει σιδηρομαγνητικά υλικά όπως ο σίδηρος. Ο σιδηρομαγνητισμός είναι μόνο μία πηγή μαγνητικών δυνάμεων, αλλά είναι αυτή που συνήθως συνδέεται με τον μαγνητισμό σε καθημερινές καταστάσεις.

Οι μόνιμοι μαγνήτες ασκούν επίσης μαγνητικές δυνάμεις σε άλλους μαγνήτες. Τότε είναι που οι πόλοι των μαγνητών γίνονται σημαντικοί. Σε αντίθεση με τις γραμμές ηλεκτρικού πεδίου, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου κάνουν πάντα κύκλους και σχηματίζουν έναν κλειστό βρόχο. Με άλλα λόγια, οι μαγνήτες έχουν πάντα δύο διαφορετικούς πόλους, που ονομάζονται συμβατικά βόρειος και νότιος πόλος. Οι ίδιοι πόλοι δύο διαφορετικών μαγνητών θα απωθούνται, ενώ οι αντίθετοι πόλοι θα έλκονται.

Μια άλλη κατάσταση όπου θα προκύψουν μαγνητικές δυνάμεις περιλαμβάνει δύο γειτονικά ηλεκτρικά ρεύματα που ταξιδεύουν σε ορθή γωνία μεταξύ τους. Αυτά τα ρεύματα θα παράγουν τα δικά τους μαγνητικά πεδία, αλλά θα είναι σε διαφορετικούς προσανατολισμούς, οδηγώντας σε δυνάμεις μεταξύ των δύο ρευμάτων. Όσο περισσότερο ρεύμα υπάρχει, τόσο ισχυρότερες θα είναι οι δυνάμεις.

Η αλληλεπίδραση μεταξύ μαγνητών και ηλεκτρικού ρεύματος είναι η βάση τόσο της ηλεκτρικής γεννήτριας όσο και του ηλεκτροκινητήρα. Για μια γεννήτρια, η μηχανική κίνηση που παράγεται από ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας ή έναν κινητήρα περιστρέφει ένα εξάρτημα με μαγνήτες πάνω του. Το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο θα προκαλέσει ηλεκτρικό ρεύμα στο άλλο μέρος της γεννήτριας. Όταν η συσκευή χρησιμοποιείται ως κινητήρας, είναι το ηλεκτρικό ρεύμα που παρέχεται. Οι ίδιες μαγνητικές δυνάμεις θα παράγουν μια μηχανική ροπή για να περιστρέφεται η άλλη πλευρά του κινητήρα.