Magnetizmus

Magnetovec

Nerast magnetovec a jeho magnetické vlastnosti boli objavené a využívané už v starovekom Ríme i v starovekej Číne. Magnetovec sa stal veľmi významným obchodným artiklom, hlavne kvôli jeho schopnosti orientovať sa na pohyblivej podložke severojužným smerom. Po objavení tejto vlastnosti magnetovca sa námorníci už nemuseli spoliehať len na hviezdy a majáky na pobreží; smer plavby určovali podľa mapy a kompasu, ktorého strelka z magnetovca určovala severojužný smer.

Magnetovec je zmagnetizovaná železná ruda. Nie všetka železná ruda na Zemi je však zmagnetizovaná. Vznik magnetických vlastností železnej rudy vedci vysvetľujú viacerými teóriami. Preferovaným vysvetlením je, že magnetovec sa vytváral postupným spevňovaním vrstiev obsahujúcich železo prostredníctvom ťažkého nadložia. Keď magnetovec chladol, bol silne ovplyvnený magnetickým poľom Zeme alebo je možné, že bol zasiahnutý drobnými odnožami blesku. Ak by magma obsahujúca železo chladla rýchlo, nerast by nebol ovplyvnený magnetickým poľom Zeme a vznikla by železná ruda bez magnetických vlastností.

V piesku a v zemine je možné nájsť pomerne veľké množstvo stopových úlomkov magnetitu. Tieto úlomky je možné pozorovať pomocou železného predmetu (alebo aj magnetu), ktorý na seba pritiahne úlomky s magnetickými vlastnosťami. Nájsť väčší úlomok magnetovca je skôr vzácnosťou, magnety je však možné vyrobiť.

Magnetizmus pri železných a oceľových predmetoch

Železné a oceľové predmety môžu nadobudnúť prechodný magnetizmus trením trvalým magnetom. Tenké, drobné, železné predmety (ako sú klince, špendlíky) strácajú magnetizmus už o niekoľko minút. Oceľové predmety si magnetizmus udržia dlhšie.Aj keď oceľ ťažšie stráca magnetizmus, ťažšie ho aj nadobúda – je potrebné dlhšie trenie predmetu magnetom, aby získal magnetické vlastnosti. Menej efektívne je pri magnetizácii trenie predmetu magnetom oboma smermi, rýchlejšie sa predmety zmagnetizujú trením len jedným smerom. Pri vytváraní magnetických vlastností je potrebné si dávať pozor, aby jedno pretretie bolo ukončené a magnet bol od konca klinca zdvihnutý, kým začneme ďalší ťah od hlavičky klinca. Už po niekoľkých minútach po vytvorení magnetu začne jeho intenzita magnetického poľa viditeľne klesať. Klesá rovnako rýchlo bez ohľadu na to, koľkokrát sme ho magnetom pretreli. Druhým spôsobom ako vyrobiť magnet je nechať predmety, ktoré sú magnetom priťahované v jeho blízkosti dostatočne dlhú dobu.

Priemyselné magnety

Priemyselné magnety sú vyrábané zvyčajne z ocele a zmagnetizované sú elektrickým prúdom.Magnetické vlastnosti teda môžeme získať aj prostredníctvom pôsobenia elektrického prúdu. Okolo klinca omotáme drôt a pripojíme ho do elektrického obvodu. Okamžite po zapojení elektrického obvodu získava klinec magnetické vlastnosti. Takýto magnet nazývame elektromagnet. Intenzita vytvoreného magnetického poľa závisí od veľkosti elektrického prúdu prechádzajúceho drôtom. Hustým obtáčaním drôtu okolo klinca dosiahneme lepší efekt aj pri nízkych hodnotách prechádzajúceho elektrického prúdu. Tým, že odpojíme elektrický prúd, železný klinec stráca magnetické vlastnosti. Princíp tvorby elektromagnetu spočíva v tom, že akýkoľvek drôt, ktorým prechádza elektrický prúd vytvára vo svojom okolí magnetické pole.

Magnetické pole Zeme

Magnetické vlastnosti v kompase je možné využívať z dôvodu, že Zem sa správa ako veľký magnet. Dôvod existencie magnetického poľa Zemeje vysvetľovaný viacerými hypotézami. Jedno z týchto vysvetlení hovorí o tom, že kým niektoré časti vo vnútri Zeme sa pohybujú pomalšie, iné sa pohybujú rýchlejšie. Trením týchto častí sa uvoľňujú elektrické častice a vplyvom vzniku elektrického prúdu vzniká magnetické pole.Keďže jadro Zeme je tvorené predovšetkým železom a niklom (magnetickými materiálmi) vzniká veľmi veľký magnet (v okolí Zeme sa vytvára magnetické pole). Mapy sa pre orientáciu podľa magnetu upravujú, klasická mapa zobrazuje priestor tak, že jej kolmý smer predstavuje severojužný smer. Niektoré mapy môžu mať inú orientáciu, tie zvyčajne obsahujú aj svetovú ružicu, pomocou ktorej je možné severný smer na mape identifikovať. Keďže severný geografický pól je od severného magnetického pólu vzdialený asi 1 600 km a južný geografický od magnetického je vzdialený asi 2 400 km, pomocou kompasu je možné sa v priestore orientovať s vysokou presnosťou.

Teória magnetických domén

Aj keď sa magnetické vlastnosti niektorých kovov využívajú už niekoľko storočí, veda tento jav doteraz nedokázala komplexne vysvetliť. Zaujímavé je uvedomenie si skutočnosti, že magnet je možné deliť na drobnejšie časti, pričom každá časť má svoj severný a južný pól. Tieto vlastnosti vysvetľuje teória magnetických domén. Podľa tejto teórie sa magnety skladajú z veľkého počtu drobných zhlukov atómov, nazývaných domény. V rámci jedného zhluku je možné identifikovať severný a južný magnetický pól. Tieto zhluky sú v materiáli uložené náhodne, neusporiadane. Avšak, ak začneme predmet trieť magnetom v jednom smere, domény sa začnú usporadúvať do jedného smeru a vzniká magnet. Zahrievanie magnetu spôsobuje zvyšovanie pohybu atómov, a tým sa môžu usporiadané časti rozhádzať (čím sa magnetická vlastnosť stráca). Podobne môže magnet strácať magnetické vlastnosti aj jeho búchaním o tvrdú podložku.

Magnetické pole

Magnetické vlastnosti sa prejavujú len do určitej vzdialenosti od magnetu, hovoríme, že v okolí magnetu sa nachádza magnetické pole. Magnetické pole môže mať rôznu intenzitu, ekvivalentne tomu môže magnet priťahovať predmety z väčšej alebo menšej vzdialenosti.Aj napriek tomu, že nemôžeme magnetické pole vidieť, je možné ho pozorovať sprostredkovane, napríklad pomocou železných pilín. Najviac pilín sa nachádza zhromaždených v okolí magnetických pólov. Piliny sa usporadúvajú do špecifických čiar, ktoré kopírujú tzv. siločiary – smer pôsobenia magnetickej sily. Aj keď už v určitej vzdialenosti od magnetu sa piliny neusporadúvajú, neznamená to, že tu magnetické pole nepôsobí. Je len veľmi slabé na to, aby pohlo pilinami. V určitej vzdialenosti od magnetu je pole také slabé, že ho nemôžeme ničím detegovať – vtedy prakticky neexistuje. Rôzne magnety majú magnetické pole siahajúce do rôznej vzdialenosti (pôsobia na predmety a iné magnety na rôzne veľkú vzdialenosť).Okrem tejto vlastnosti sa magnety líšia aj intenzitou magnetického poľa.Tá sa prejavuje napríklad tým, že magnety s veľkou intenzitou magnetického poľa udržia väčšiu hmotnosť železných predmetov. Veľkosť a intenzita magnetického poľa magnetu sú dve odlišné vlastnosti.To znamená, že magnet môže mať malé (do malej vzdialenosti siahajúce), ale veľmi intenzívne (udrží veľké množstvo železných predmetov) magnetické pole a podobne. Magnetické pole pôsobí aj cez prekážky a samotné magnetické pole nie je možné zmenšiť alebo zoslabiť.To znamená, že ak medzi magnet a predmet priťahovaný magnetom vložíme prekážku, magnet predmet pritiahne, ak sa nachádza v rozsahu jeho magnetického poľa.