Všetci sme občas hrali s magnetmi. Nižšie je uvedený pokus vysvetliť základy skrytých vnútorných funkcií tajomného magnetu.
Magnet je akýkoľvek materiál alebo predmet, ktorý vytvára magnetické pole. Toto magnetické pole je zodpovedné za vlastnosť magnetu: sila, ktorá priťahuje iné feromagnetické materiály a priťahuje alebo odpudzuje iné magnety. Trvalý magnet je objekt vyrobený z materiálu, ktorý je magnetizovaný a vytvára vlastné trvalé magnetické pole. Materiály, ktoré možno magnetizovať a ktoré sú silne priťahované magnetom, sa nazývajú feromagnetické. Hoci feromagnetické materiály sú jedinými materiálmi, ktoré priťahujú magnet dostatočne silne, aby sa bežne považovali za magnetické, všetky ostatné látky reagujú slabo na magnetické pole.
Niektoré fakty o magnetoch zahŕňajú:
- severný pól magnetu ukazuje na geomagnetický severný pól (južný magnetický pól) umiestnený v Kanade nad polárnym kruhom.
- severné póly odpudzujú severné póly
- južné póly odpudzujú južné póly
- severné póly priťahujú južné póly
- južné póly priťahujú severné póly
- sila príťažlivosti alebo odporu sa mení nepriamo s druhou mocninou
- sila magnetu sa mení na rôznych miestach magnetu
- magnety sú najsilnejšie vo svojich póloch
- magnety silne priťahujú oceľ, železo, nikel, kobalt, gadolínium
- magnety mierne priťahujú tekutý kyslík a ďalšie materiály
- magnety mierne odpudzujú vodu, uhlík a bór
Mechanika fungovania magnetov sa skutočne rozpadá až na atómovú úroveň. Keď prúd prúdi drôtom, okolo drôtu sa vytvorí magnetické pole. Prúd je jednoducho zväzok pohybujúcich sa elektrónov a pohybujúce sa elektróny vytvárajú magnetické pole. Takto fungujú elektromagnety.
Okolo jadra atómu sú elektróny. Vedci si mysleli, že majú okružné dráhy, ale zistili, že veci sú oveľa komplikovanejšie. V skutočnosti vzorce elektrónu v jednom z týchto orbitálov zohľadňujú Schroedingerove vlnové rovnice. Elektróny zaberajú určité škrupiny, ktoré obklopujú jadro atómu. Tieto škrupiny dostali názvy písmen K, L, M, N, O, P, Q. Dostali tiež číselné názvy, napríklad 1,2,3,4,5,6,7 (think kvantová mechanika). V škrupine môžu byť subshells alebo orbitals, s písmenami, ako sú s, p, d, f. Niektoré z týchto orbitálov vyzerajú ako gule, iné ako presýpacie hodiny, iné ako korálky. K shell obsahuje orbitál nazývaný 1s orbitál. Obal L obsahuje obežnú dráhu s a p, ktorá sa nazýva 2s a 2p. M shell obsahuje orbitál s, pa ad nazývaný orbitál 3s, 3p a 3d. Každá z N, O, P a Q puzdier obsahuje orbitál s, p, d a f, ktorý sa nazýva 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 6f, 7s, 7p, 7d a 7f orbitálne. Tieto obežné dráhy majú tiež rôzne podružné obežné dráhy. Každý môže obsahovať iba určitý počet elektrónov. Maximálne 2 elektróny môžu obsadzovať pomocný orbitál, kde jeden má rotáciu hore, druhý má rotáciu dole. Nemôžu existovať dva elektróny, ktoré sa roztočia v tom istom suborbitále (Pauliho vylučovací princíp). Tiež, ak máte pár elektrónov v suborbitále, ich kombinované magnetické polia sa navzájom rušia. Ak ste zmätení, nie ste sami. Veľa ľudí sa tu stratí a namiesto ďalšieho výskumu uvažuje o magnetoch.
Keď sa pozriete na feromagnetické kovy, je ťažké pochopiť, prečo sú také odlišné od elementov vedľa nich v periodickej tabuľke. Všeobecne sa uznáva, že feromagnetické prvky majú veľké magnetické momenty kvôli nespárovaným elektrónom vo svojich vonkajších obežných dráhach. Otočením elektrónu sa tiež vytvorí malé magnetické pole. Tieto polia majú efekt zloženia, takže keď ich spojíte, pridajú sa k väčším poliam.
Aby sme zabalili veci „ako fungujú magnety?“, Atómy feromagnetických materiálov majú tendenciu vytvárať svoje vlastné magnetické pole vytvárané elektrónmi, ktoré ich obiehajú. Malé skupiny atómov majú tendenciu orientovať sa rovnakým smerom. Každá z týchto skupín sa nazýva magnetická doména. Každá doména má svoj vlastný severný a južný pól. Pokiaľ nie je železo zmagnetizované, domény nebudú smerovať rovnakým smerom, ale budú smerovať v náhodných smeroch, ktoré sa navzájom rušia a bránia železu mať severný alebo južný pól alebo byť magnetom. Ak uvediete aktuálne (magnetické pole), domény sa začnú zarovnávať s externým magnetickým poľom. Čím aktuálnejšie sa použije, tým vyšší je počet zarovnaných domén. S posilňovaním vonkajšieho magnetického poľa sa bude čoraz viac domén spájať. Bude miesto, kde sú všetky domény vo vnútri železa zarovnané s vonkajším magnetickým poľom (saturácia), bez ohľadu na to, do akej miery je magnetické pole silnejšie. Po odstránení vonkajšieho magnetického poľa sa mäkké magnetické materiály vrátia do náhodne orientovaných domén; Tvrdé magnetické materiály však udržia väčšinu svojich domén zarovnané a vytvoria silný permanentný magnet. Takže tu to máte.
Napísali sme veľa článkov o magnetoch pre časopis Space Space. Tu je článok o tyčových magnetoch a tu je článok o super magnetoch.
Ak chcete získať viac informácií o magnetoch, prečítajte si niekoľko vynikajúcich experimentov s magnetmi a tu je odkaz na článok o super magnetoch od Wise Geeka.
Zaznamenali sme aj celú epizódu Obsadenia astronómie o magnetizme. Počúvajte tu, epizóda 42: magnetizmus všade.
zdroj:
Wise Geek
Wikipedia: Magnet
Wikipedia: Ferromagnetizmus
