Svi smo se povremeno igrali s magnetima. Ispod je pokušaj da se objasne osnove tajnog unutarnjeg djelovanja tajanstvenog magneta.
Magnet je svaki materijal ili predmet koji proizvodi magnetsko polje. Ovo magnetsko polje odgovorno je za svojstvo magneta: sila koja vuče na druge feromagnetske materijale i privlači ili odbija druge magnete. Trajni magnet je objekt napravljen od materijala koji se magnetizira i stvara svoje postojano magnetsko polje. Materijali koji se mogu magnetizirati, a koji silno privlače magnet, nazivaju se feromagnetski. Iako su feromagnetski materijali jedini privlačni magnetom dovoljno snažno da se mogu smatrati magnetskim, sve ostale tvari slabo reagiraju na magnetsko polje.
Neke činjenice o magnetima uključuju:
- sjeverni pol magneta upućuje na geomagnetski sjeverni pol (južni magnetski pol) smješten u Kanadi iznad Arktičkog kruga.
- sjeverni polovi odbijaju sjeverne polove
- južni polovi odbijaju južne polove
- sjeverni polovi privlače južne polove
- južni polovi privlače sjeverne
- sila privlačenja ili odbijanja obrnuto varira u odnosu na kvadrat udaljenosti
- jačina magneta varira na različitim mjestima na magnetu
- magneti su najjači na svojim polovima
- magneti snažno privlače čelik, željezo, nikal, kobalt, gadolinij
- magneti malo privlače tekući kisik i druge materijale
- magneti malo odbijaju vodu, ugljik i bor
Mehanika rada magneta stvarno se probija sve do atomske razine. Kad struja teče u žici, oko žice se stvara magnetsko polje. Struja je jednostavno gomila pokretnih elektrona, a pokretni elektroni stvaraju magnetsko polje. Tako rade elektromagneti.
Oko jezgre atoma nalaze se elektroni. Znanstvenici su mislili da imaju kružne orbite, ali otkrili su da su stvari mnogo složenije. Zapravo, obrasci elektrona unutar jedne od ovih orbitala uzimaju u obzir Schroedingerove valne jednadžbe. Elektroni zauzimaju određene školjke koje okružuju jezgru atoma. Ovim školjkama su data slova K, L, M, N, O, P, Q. Također su im dana brojna imena, poput 1,2,3,4,5,6,7 (mislite kvantna mehanika). Unutar ljuske mogu postojati potkoljenice ili orbitale, s nazivima slova kao što su s, p, d, f. Neke od tih orbitala izgledaju kao sfere, neke poput pješčane sata, druge kao perlice. Školjka K sadrži s orbitalu nazvanu 1s orbital. L školjka sadrži s i p orbitalu nazvanu orbital 2s i 2p. M školjka sadrži or, s, p i d orbitalu, nazvanu orbital 3s, 3p i 3d. Ljuske N, O, P i Q sadrže or, s, p, d i f orbitalu zvanu 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 6f, 7s, 7p, Orbital 7d i 7f. Te orbitale također imaju različite sub-orbitale. Svaki može sadržavati samo određeni broj elektrona. Maksimalno 2 elektrona mogu zauzeti sub-orbitalu gdje jedan ima spin up prema gore, a drugi ima spin down. Ne mogu biti dva elektrona s spinovima u istoj sub-orbitali (glavnica Pauli isključenja). Također, kada imate par elektrona u sub-orbitali, njihova kombinirana magnetska polja će jedno drugo otkazati. Ako ste zbunjeni, niste sami. Mnogi se ovdje izgube i samo se pitaju o magnetima, umjesto da dalje istražuju.
Kada pogledate feromagnetske metale, teško je vidjeti zašto su toliko različiti elementi koji se nalaze pored njih na periodičnoj tablici. Općenito je prihvaćeno da feromagnetski elementi imaju velike magnetske momente zbog nesparenih elektrona u svojoj vanjskoj orbiti. Smatra se da i spin elektrona stvara minutno magnetsko polje. Ta polja imaju složeni učinak, pa kada saberete gomilu tih polja, ona se zbrajaju u veća polja.
Kako bi zaključili stvari "kako magneti djeluju?", Atomi feromagnetskih materijala imaju svoje magnetsko polje stvoreno od strane elektrona koji im okružuju. Male skupine atoma imaju tendenciju da se orijentišu u istom smjeru. Svaka od ovih skupina naziva se magnetska domena. Svaka domena ima svoj sjeverni i južni pol. Kad komad željeza nije magnetiziran, domene neće biti usmjerene u istom smjeru, već će biti usmjerene u nasumičnim smjerovima otkazujući jedan drugoga i sprečavajući željezo da ima sjeverni ili južni pol ili je magnet. Ako uvedete struju (magnetsko polje), domene će se početi uskladiti s vanjskim magnetskim poljem. Što se primjenjuje trenutno, veći je broj poravnatih domena. Kako se vanjsko magnetsko polje postaje jače, sve više domena će se uskladiti s njim. Doći će do točke u kojoj su sve domene unutar željeza poravnane s vanjskim magnetskim poljem (zasićenost), bez obzira na to koliko je jače magnetsko polje. Nakon uklanjanja vanjskog magnetskog polja mekani magnetski materijali vratit će se nasumično orijentiranim domenama; međutim, tvrdi magnetski materijali održat će većinu svojih domena poravnatim, stvarajući snažan trajni magnet. Dakle, tu ga imate.
Napisali smo mnogo članaka o magnetima za Space Magazine. Evo članka o bar magnetima, a ovdje je i članak o super magnetima.
Ako želite više informacija o magnetima, pogledajte nekoliko cool eksperimenata s magnetima, a ovdje je link do članka o super magnetima Wise Geek-a.
Također smo snimili i cijelu epizodu Astronomy Cast-a o magnetizmu. Slušajte ovdje, epizoda 42: Magnetizam svugdje.
izvori:
Mudri Geek
Wikipedia: Magnet
Wikipedia: Feromagnetizam
