Differenze tra elettromagnete e magnete permanente
Quali sono le differenze tra un magnete permanente e un elettromagnete?
La differenza tra un magnete permanente e un elettromagnete non è nel contenuto ma nella forma! In altre parole, la principale differenza sta nella tecnologia utilizzata per produrre il campo magnetico.
L'elettromagnete richiede elettricità per funzionare mentre il magnete permanente fornisce un campo magnetico da solo.
L'elettromagnete è costituito da un filo conduttivo, solitamente rame o alluminio, che è avvolto attorno ad un'anima in acciaio. Quindi otteniamo una bobina. Collegando questa bobina a una sorgente di corrente continua, viene generato un campo magnetico. Maggiore è l'intensità percorsa e maggiore è il numero di giri, più forte è il campo magnetico!
Il nucleo, che sia un cilindro o qualche altra forma, si polarizzerà. Un'estremità sarà denominata Polo Nord e l'altra Polo Sud. Il campo uscirà da un palo per andare verso l'altro. Se la direzione della corrente è invertita, le polarità sono invertite. Questa reversibilità è utilizzata in elettrovalvole, chiavistelli a pistone, ecc.
Indipendentemente dalla direzione della corrente, la forma del campo e l'induzione che genera rimangono le stesse.
Un notevole vantaggio di un elettromagnete è che la forma e l'intensità del suo campo possono essere variate semplicemente variando l'intensità. Il flusso magnetico di un magnete permanente è costante, così come la sua forma. L'induzione che eroga è proporzionale al suo materiale e alle sue caratteristiche originarie. Ad esempio, un magnete permanente in ferrite fornirà 2000 Gauss mentre un magnete al neodimio-ferro-boro di ultima generazione fornirà fino a 15000 Gauss (il suo Br Max). Vi invito a leggere l'articolo sui diversi materiali dei magneti permanenti (Le 5 grandi famiglie).
Un enorme vantaggio di un magnete permanente è... che è permanente! Infatti, il suo materiale è stato sottoposto a un campo magnetico molto potente durante la sua fabbricazione. L'induzione di questo campo, emesso da un generatore, satura la materia. La conseguenza è la modifica permanente dell'orientamento delle molecole e un'induzione permanente...per la vita. In realtà, a seconda delle sfumature, i magneti permanenti perderanno dallo 0,1 allo 0,5%/anno. Permanente ma non eterna! Tuttavia, avranno reso molti servizi per decenni prima di essere inutilizzabili. Alcuni stabilimenti sono ancora dotati di macchine industriali magnetiche degli anni '70.
Gli elettromagneti sono affidabili anche a lungo termine. Tuttavia, un elettromagnete deve essere utilizzato rispettando la tensione e l'intensità per cui è stato progettato. Se uno dei due valori è troppo alto, il filo che compone la bobina si scalderà e l'isolamento elettrico delle sue spire si indebolirà. È quindi possibile che queste curve vadano in cortocircuito. La resistenza dell'avvolgimento viene modificata, le caratteristiche magnetiche cambiano, l'armadio elettrico o il generatore possono subire danni. Alla fine, la batteria si riscalda fino a essere fuori servizio. Vi sono quindi vincoli di monitoraggio da adottare nell'ambito dell'utilizzo di un elettromagnete. Non dimentichiamo nemmeno che l'elettromagnete consuma energia elettrica, spesso per una resa abbastanza bassa, che ha un impatto ecologico. I componenti di un elettromagnete sono invece riciclabili, sia esso il suo nucleo o la sua bobina.
L'impatto ecologico è negativo anche sui magneti permanenti, in particolare le terre rare che vengono estratte dalle miniere con processi poco virtuosi, e che vengono poi trattate con mezzi chimici ancor meno virtuosi. Nuovi processi leggermente più "ecologici" sono in fase di test industriale e saranno utilizzati negli anni 2020. Allo stesso modo stanno comparendo i primi processi di riciclaggio delle terre rare.
I magneti permanenti, siano essi del tipo ceramico o delle terre rare, perdono le loro proprietà magnetiche se viene superata una temperatura. Il punto di curie è la temperatura oltre la quale le molecole (o momenti) diventano permanentemente disallineate sotto l'azione disturbante del calore.
L'elettromagnete può, in determinate condizioni previste durante la sua fabbricazione, lavorare ad alte temperature. Poiché è fatto di metalli, come acciaio o rame, i suoi punti Curie sono molto alti. Tuttavia, sono spesso gli isolanti elettrici che perdono la loro capacità dielettrica all'aumentare della temperatura.
Magnete permanente o elettromagnete, la loro capacità di resistere alle alte temperature non deve essere confusa con la capacità che il magnetismo può avere di attaccare o attrarre una massa ferromagnetica calda. Se una lastra d'acciaio o un chiodo sono caldi, perderanno la loro permeabilità magnetica in proporzione all'aumento della temperatura. Ad esempio, anche se l'elettromagnete è a temperatura ambiente ma la piastra in acciaio è a 600°C, il passaggio del flusso attraverso la piastra diminuirà di circa il 40%. Questo è un punto importante per la sicurezza delle macchine e delle persone. Un magnete, permanente o elettrico, potrebbe non essere in grado di sollevare una massa a seconda che sia "fredda" o "calda".
Il peso è diverso tra un elettromagnete e un magnete permanente. A parità di induzione e campo magnetico, un magnete al neodimio sarà molto più compatto e leggero di un elettromagnete composto da metalli. Non per niente troviamo il neodimio in tutti i dispositivi che richiedono la miniaturizzazione, come smartphone e altri componenti elettronici.
Infine il prezzo è diverso ma è molto difficile generalizzare. Nella famiglia dei magneti permanenti troviamo principalmente ferriti (o ceramiche), samario-cobalto e neodimio-ferro-boro. Tra il primo e il terzo, il prezzo può essere moltiplicato per 20 o più.
Se l'uso lo consente, l'uso delle ferriti sarà sia semplice da implementare che poco costoso.
In entrambi i casi, elettromagnete o magnete permanente, è spesso l'applicazione che fa la scelta della tecnologia da adottare. Qualunque sia la tua esigenza e il magnete che avrà il tuo favore, è con un buon gaussmetro che dovrai controllare l'induzione erogata!