Magnetizmus

Magnetovec

Nerost magnetovec a jeho magnetické vlastnosti byly objeveny a využívány už ve starověkém Římě i  ve starověké Číně. Magnetovec se stal velmi významným obchodním artiklem, hlavně kvůli jeho schopnosti orientovat se na pohyblivé podložce severojižním směrem. Po objevení této vlastnosti magnetovce se už námořníci nemuseli spoléhat jen na hvězdy a  majáky na pobřeží; směr plavby určovali podle mapy a  kompasu, jehož střelka z magnetovce určovala severojižní směr.

Magnetovec je zmagnetizovaná železná ruda. Ne všechna železná ruda na Zemi je však zmagnetizovaná. Vznik magnetických vlastností železné rudy vědci vysvětlují vícero teoriemi. Preferovaným vysvětlením je, že magnetovec se vytvářel postupným zpevňováním vrstev obsahujících železo prostřednictvím těžkého nadloží. Když magnetovec chladl, byl silně ovlivněn magnetickým polem Země nebo je možné, že byl zasažen drobnými odnožemi blesku. Pokud by magma obsahující železo chladlo rychle, nerost by nebyl ovlivněn magnetickým polem Země a vznikla by železná ruda bez magnetických vlastností.

V písku a v zemině je možné najít poměrně velké množství stopových úlomků magnetitu. Tyto úlomky je možné pozorovat pomocí železného předmětu (nebo magnetu), který na sebe přitáhne úlomky s magnetickými vlastnostmi. Najít větší úlomek magnetovce je spíše vzácností, magnety je však možné vyrobit.

Magnetizmus železných a ocelových předmětů

Železné a  ocelové předměty mohou získat přechodný magnetizmus třením trvalým magnetem. Tenké, drobné, železné předměty (jako např. hřebíky, špendlíky) ztrácejí magnetizmus už za několik minut. Ocelové předměty si magnetizmus udrží déle.I když ocel hůře ztrácí magnetizmus, hůře ho i získává – je potřeba delší tření předmětu magnetem, aby získal magnetické vlastnosti. Méně efektivní je při magnetizaci tření předmětu magnetem oběma směry, rychleji se předměty zmagnetizují třením jen jedním směrem. Při vytváření magnetických vlastností je potřeba dávat si pozor, aby jedno přetření bylo ukončeno a magnet byl od konce hřebíku zdvižen, dokud nezačneme další tah od hlavičky hřebíku. Už po několika minutách po vytvoření magnetu začne jeho intenzita magnetického pole viditelně klesat. Klesá stejně rychle bez ohledu na to, kolikrát jsme ho magnetem přetřeli. Druhým způsobem jak vyrobit magnet je nechat předměty, které jsou magnetem přitahovány v jeho blízkosti dostatečně dlouhou dobu.

Průmyslové magnety

Průmyslové magnety jsou vyráběny obvykle z oceli a zmagnetizované jsou elektrickým proudem. Magnetické vlastnosti tedy můžeme získat i  prostřednictvím působení elektrického proudu. Okolo hřebíku omotáme drát a  připojíme ho k  elektrickému obvodu. Okamžitě po zapojení elektrického obvodu získává hřebík magnetické vlastnosti. Takovýto magnet nazýváme elektromagnetem.Intenzita vytvořeného magnetického pole závisí od velikosti elektrického proudu procházejícího drátem. Hustým omotáním drátu okolo hřebíku dosáhneme lepšího efektu i  při nízkých hodnotách procházejícího elektrického proudu. Tím, že odpojíme elektrický proud, železný hřebík ztrácí magnetické vlastnosti. Princip tvorby elektromagnetu spočívá v tom, že jakýkoliv drát, kterým prochází elektrický proud vytváří ve svém okolí magnetické pole.

Magnetické pole Země

Magnetické vlastnosti kompasu je možné využívat z důvodu, že Zem se chová jako velký magnet. Důvod existence magnetického pole Země je vysvětlován vícero hypotézami. Jedno z těchto vysvětlení hovoří o tom, že zatímco se některé části uvnitř Země pohybují pomaleji, jiné se pohybují rychleji. Třením těchto částí se uvolňují elektrické částice a vlivem vzniku elektrického proudu vzniká magnetické pole. Jelikož je jádro Země tvořeno především železem a niklem (magnetickými materiály) vzniká velmi velký magnet (v okolí Země se vytváří magnetické pole). Mapy se pro orientaci podle magnetu upravují, klasická mapa zobrazuje prostor tak, že její kolmý směr představuje severojižní směr. Některé mapy mohou mít jinou orientaci, ty obvykle obsahují i světovou růžici, pomocí které je možné severní směr na mapě identifikovat. Jelikož severní geografický pól je od severního magnetického pólu vzdálený asi 1 600 km a jižní geografický od magnetického je vzdálen asi 2 400 km, pomocí kompasu je možné se v  prostore orientovat s  vysokou přesností.

Teorie magnetických domén

I když se magnetické vlastnosti některých kovů využívají už několik století, věda tento jev doteď nedokázala komplexně vysvětlit. Zajímavé je uvědomění si skutečnosti, že magnet je možné dělit na drobnější části, přičemž každá část má svůj severní a  jižní pól. Tyto vlastnosti vysvětluje teorie magnetických domén. Podle této teorie se magnety skládají z velkého počtu drobných shluků atomů, nazývaných domény. V rámci jednoho shluku lze identifikovat severní a jižní magnetický pól. Tyto shluky jsou v materiálu uloženy náhodně, neuspořádaně. Avšak, když začneme předmět třít magnetem v jednom směru, domény se začnou uspořádávat do jednoho směru a vzniká magnet. Zahřívání magnetu způsobuje zvyšování pohybu atomů, a tím se mohou uspořádané části rozházet (čímž se magnetická vlastnost ztrácí). Podobně může magnet ztrácet magnetické vlastnosti také boucháním o tvrdou podložku.

Magnetické pole

Magnetické vlastnosti se projevují jen do určité vzdálenosti od magnetu, říkáme, že v okolí magnetu se nachází magnetické pole. Magnetické pole může mít různou intenzitu, ekvivalentně tomu může magnet přitahovat předměty z větší nebo menší vzdálenosti. I navzdory tomu, že nemůžeme magnetické pole vidět, je možné ho pozorovat zprostředkovaně, například pomocí železných pilin. Nejvíc pilin se nachází shromážděných v okolí magnetických pólů. Piliny se uspořádávají do specifických čar, které kopírují tzv. siločáry – směr působení magnetické síly. I když už v určité vzdálenosti od magnetu se piliny neuspořádávají, neznamená to, že zde magnetické pole nepůsobí. Je jen velmi slabé na to, aby pohnulo pilinami. V určité vzdálenosti od magnetu je pole tak slabé, že ho nemůžeme ničím detekovat – tehdy prakticky neexistuje. Různé magnety mají magnetické pole sahající do různé vzdálenosti (působí na předměty a jiné magnety na různě velkou vzdálenost).Kromě této vlastnosti se magnety liší i intenzitou magnetického pole.

Ta se projevuje například tím, že magnety s velkou intenzitou magnetického pole udrží větší hmotnost železných předmětů. Velikost a  intenzita magnetického pole magnetu jsou dvě odlišné vlastnosti. To znamená, že magnet může mít malé (do malé vzdálenosti sahající), ale velmi intenzivní (udrží velké množství železných předmětů) magnetické pole a podobně. Magnetické pole působí i přes překážky a samotné magnetické pole není možné zmenšit nebo zeslabit.To znamená, že když mezi magnet a předmět přitahovaný magnetem vložíme překážku, magnet předmět přitáhne, když se nachází v rozsahu jeho magnetického pole.