Magnesy, takie jak zabawki przyklejone do domowej lodówki lub podkowy pokazane w szkole, mają kilka niezwykłych cech. Ponadto mają kijki.
Powiększ dwa magnesy. Biegun południowy jednego magnesu zostanie przyciągnięty do bieguna północnego drugiego. Biegun północny jednego magnesu odpycha biegun północny drugiego.
Prąd magnetyczny i elektryczny
Pole magnetyczne jest generowane przez prąd elektryczny, czyli poruszające się elektrony. Elektrony poruszające się po jądrze atomowym mają ładunek ujemny. Kierowany ruch ładunków z jednego miejsca na drugie nazywa się prądem elektrycznym. Prąd elektryczny tworzy wokół siebie pole magnetyczne.
To pole z liniami siły, niczym pętla, pokrywa ścieżkę prądu elektrycznego, niczym łuk stojący nad drogą. Na przykład, gdy lampa biurkowa jest włączona, a prąd przepływa przez miedziane druty, to znaczy elektrony w drucie przeskakują z atomu na atom i wokół drutu powstaje słabe pole magnetyczne. W liniach przesyłowych wysokiego napięcia prąd jest znacznie silniejszy niż w lampie stołowej, dlatego wokół drutów takich linii powstaje bardzo silne pole magnetyczne. Zatem elektryczność i magnetyzm to dwie strony tej samej monety - elektromagnetyzm.
Ruch elektronów i pole magnetyczne
Ruch elektronów wewnątrz każdego atomu tworzy wokół niego małe pole magnetyczne.Elektron poruszający się na orbicie tworzy wirowe pole magnetyczne. Ale większość pola magnetycznego powstaje nie przez ruch elektronu na orbicie wokół jądra, ale przez ruch elektronu wokół jego osi, tak zwany spin elektronu. Spin charakteryzuje obrót elektronu wokół własnej osi, podobnie jak ruch planety wokół własnej osi.
Dlaczego materiały są namagnesowane, a nie namagnesowane
W większości materiałów, takich jak tworzywa sztuczne, pola magnetyczne poszczególnych atomów są zorientowane losowo i wzajemnie się znoszą. Ale w materiałach takich jak żelazo atomy mogą być zorientowane tak, że ich pola magnetyczne sumują się, dzięki czemu kawałek stali zostaje namagnesowany. Atomy w materiałach są połączone w grupy zwane domenami magnetycznymi. Pola magnetyczne jednej oddzielnej dziedziny są zorientowane w jednym kierunku. Oznacza to, że każda dziedzina jest małym magnesem.
Różne domeny są zorientowane w wielu różnych kierunkach, czyli nieuporządkowane i wzajemnie tłumią swoje pola magnetyczne. Dlatego taśma stalowa nie jest magnesem. Ale jeśli uda nam się zorientować domeny w jednym kierunku, aby siły pól magnetycznych sumowały się, uważaj! Taśma stalowa stanie się silnym magnesem i przyciągnie każdy żelazny przedmiot z gwoździa do lodówki.
Interesujący fakt: mineralna magnetyczna ruda żelaza jest magnesem naturalnym. Mimo to większość magnesów jest wytwarzana sztucznie.
Jak magnesy
Jaka siła może spowodować, że atomy utworzą smukłą linię, tworząc jedną dużą domenę? Umieść taśmę stalową w silnym polu magnetycznym.Stopniowo, jeden po drugim, wszystkie domeny będą się obracać w kierunku przyłożonego pola magnetycznego. Gdy się obracają, domeny wciągną w ten ruch inne atomy, powiększając się, dosłownie pęczniejąc. Wtedy połączą się identycznie zorientowane domeny, a teraz, proszę, stalowy pasek zamienił się w magnes.
Możesz to zademonstrować swoim towarzyszom zwykłym stalowym gwoździem. Umieść gwóźdź w polu magnetycznym dużego magnesu podkowy. Przytrzymaj go przez kilka minut, aż domeny paznokci ustawią się we właściwym kierunku. Jak tylko to się stanie, gwóźdź na krótko stanie się magnesem. Dzięki niemu możesz nawet podnieść upadłe szpilki z podłogi.