Zawartość
- Jak zachodzi magnetyzm
- Brak materiałów naturalnie magnetycznych
- Jak mierzona jest siła magnetyczna
- Dlaczego Ziemia jest magnetyczna
- Przeciwieństwa się przyciągają
Nie tylko każdy materiał może być magnetyczny. W rzeczywistości spośród wszystkich znanych pierwiastków tylko garstka posiada zdolności magnetyczne i różnią się one stopniem. Najsilniejsze magnesy to elektromagnesy, które zyskują swoją siłę przyciągania tylko wtedy, gdy przepływa przez nie prąd. Prąd to ruch elektronów, a elektrony sprawiają, że materiały magnetyczne. Istnieją materiały kompozytowe, które są magnetyczne, zwykle nazywane materiałami żelaznymi, chociaż nie są tak mocne jak elektromagnesy.
Jak zachodzi magnetyzm
Mówiąc najprościej, w magnetyzmie chodzi o elektrony. Elektrony są mniejsze niż mikroskopijne cząstki wirujące wokół jądra atomu. Każdy elektron zachowuje się jak mały magnes z biegunem północnym i południowym. Kiedy elektrony atomu są ustawione w tym samym kierunku, albo wszystkie skierowane na północ, albo wszystkie skierowane na południe, atom staje się magnetyczny. A ponieważ elektrony obracają się lub wirują wokół jądra atomu, możliwe jest, że atom posiada pole magnetyczne, gdy bieguny nie są w jednej linii ze względu na spin elektronów, co czyni atom bardzo podobnym do elektromagnesu.
Brak materiałów naturalnie magnetycznych
Nie ma elementów statycznych, które są naturalnie magnetyczne. Istnieją materiały silniej przyciągane przez pola magnetyczne. Materiałami najbardziej przyciąganymi do pola magnetycznego są żelazo i stal. Istnieją jednak rzadkie mieszanki materiałów wytworzonych przez człowieka, które sprzyjają przekształceniu się w pole elektromagnetyczne poprzez wystawienie ich na działanie silnego pola magnetycznego i utrzymywanie ładunku elektromagnetycznego przez długi czas. Ze względu na ich zdolność do utrzymywania pola magnetycznego przez długi czas, są uważane za magnesy trwałe. Dwoma najsilniejszymi trwale magnetycznymi materiałami są żelazo-neodym-bor-bor i aluminium-nikiel-kobalt.
Jak mierzona jest siła magnetyczna
Trudno jest precyzyjnie wyjaśnić pole magnetyczne, ponieważ wiele rzeczy wciąż nie rozumie na temat pól magnetycznych. Mówiąc prościej, silne pola magnetyczne są mierzone w tesli, a bardziej powszechne i znacznie słabsze pola magnetyczne występujące w rzeczach takich jak głośniki stereo są mierzone w gausach. Jedna tesla wymaga 10 000 gausów.
Łatwiejszym sposobem opisania tego jest myślenie o przyciąganiu grawitacyjnym. Grawitacja Ziemi wynosi około 1 tesli lub około 10 000 gausów. Możesz myśleć o sile magnetycznej gausa jako o masie lub o sile wywieranej przez przyciąganie grawitacyjne. Potrzeba by 50 piór równych 1 gausom siły mierzonej jako waga lub w tym przypadku przyciąganie magnetyczne. Ciężar i siła magnetyczna nie są bezpośrednio porównywalne, ale podano je jako przykład, aby dać poczucie siły magnetycznej lub siły gaussa.
Dlaczego Ziemia jest magnetyczna
Naukowcy wiedzą, że Ziemia ma właściwości magnetyczne, ponieważ swobodnie pływający kawałek stali lub żelaza zawsze będzie wskazywał północ magnetyczną. To tam wszystkie linie długości geograficznej zbiegają się na biegunie północnym. Chociaż siła magnetyczna nie może być wywierana na większość cieczy, może być wywierana na rdzeń ziemi, który składa się ze stopionego żelaza. To sprowadza nas z powrotem do wirujących elektronów. Gdy Ziemia obraca się wokół własnej osi, tak samo jak jej stopiony żelazny rdzeń i wszystkie elektrycznie naładowane elektrony, które wytwarzają pole magnetyczne. Słońce również obraca się wokół własnej osi, a jego materiał w postaci plazmy (podobnej do konsystencji płynnej) wytwarza pole magnetyczne.
Przeciwieństwa się przyciągają
Jak bieguny magnetyczne odpychają się nawzajem, podczas gdy przeciwne bieguny magnetyczne przyciągają się. Magnesy są naturalnie przyciągane do wyższych pól magnetycznych. Pomyśl o dwóch magnesach, jednym o wartości 10 tesli i jednym o wartości 1 tesli. Magnes 10 tesla wywiera silniejsze pole magnetyczne. Kawałek materiału magnetycznego, umieszczony w równej odległości od obu magnesów, byłby przyciągany do silniejszego z dwóch pól magnetycznych. Kiedy więc dwa magnesy o podobnej biegunowości zbliżają się do siebie, wydają się odpychać lub odpychać, gdy w rzeczywistości szukają wyższego pola magnetycznego. Innymi słowy, dwa magnesy zorientowane na północ wydają się odpychane, ponieważ w rzeczywistości przyciągają je przeciwne, skierowane na południe pole magnetyczne.