Сви смо се повремено играли са магнетима. Испод је покушај да се објасне основе тајног унутрашњег деловања мистериозног магнета.
Магнет је сваки материјал или предмет који производи магнетно поље. Ово магнетно поље је одговорно за својство магнета: сила која вуче на друге феромагнетске материјале и привлачи или одбија друге магнете. Стални магнет је предмет направљен од материјала који се магнетизује и ствара своје упорно магнетно поље. Материјали који се могу магнетизовати, а који магнетом веома привлачи, називају се феромагнетски. Иако су феромагнетски материјали једини привлачени магнетом довољно снажно да се могу сматрати магнетним, све остале супстанце слабо реагују на магнетно поље.
Неке чињенице о магнетима укључују:
- северни пол магнета упућује на геомагнетни северни пол (јужни магнетни пол) који се налази у Канади изнад Арктичког круга.
- сјеверни полови одбијају сјеверне полове
- јужни стубови одбијају јужне полове
- северни полови привлаче јужне полове
- јужни стубови привлаче сјеверне
- сила привлачења или одбијања обрнуто варира у односу на квадрат удаљености
- јачина магнета варира на различитим локацијама на магнету
- магнети су најјачи на својим половима
- магнети снажно привлаче челик, гвожђе, никл, кобалт, гадолинијум
- магнети мало привлаче течни кисеоник и друге материјале
- магнети мало одбијају воду, угљеник и бор
Механика рада магнета заиста се пробија све до атомског нивоа. Када струја тече у жици, око жице се ствара магнетно поље. Струја је једноставно гомила покретних електрона, а покретни електрони стварају магнетно поље. Тако раде електромагнети.
Око језгра атома налазе се електрони. Научници су мислили да имају кружне орбите, али открили су да су ствари много сложеније. Заправо, обрасци електрона унутар једне од ових орбитала узимају у обзир Сцхроедингерове таласне једначине. Електрони заузимају одређене шкољке које окружују језгро атома. Овим шкољкама су дата слова К, Л, М, Н, О, П, К. Они су такође добили бројна имена, као што су 1,2,3,4,5,6,7 (мислите квантна механика). Унутар љуске могу постојати поткољенице или орбитале, с називима слова као што су с, п, д, ф. Неке од ових орбитала изгледају као сфере, неке попут пјешчане сата, друге као перлице. К шкољка садржи орбиталу с названу 1с орбитал. Л шкољка садржи с и п орбиталу названу орбитал 2с и 2п. М шкољка садржи с, п и д орбиталу која се назива 3с, 3п и 3д орбитал. Свака љуска Н, О, П и К садржи с, п, д и ф орбиталу која се назива 4с, 4п, 4д, 4ф, 5с, 5п, 5д, 5ф, 6с, 6п, 6д, 6ф, 7с, 7п, Орбитал 7д и 7ф. Ове орбитале такође имају различите под-орбитале. Сваки може садржати само одређени број електрона. Максимално 2 електрона могу заузети суб-орбиталу где један има спинове према горе, а други има спину надоле. Не могу постојати два електрона са спиновима у истој суб-орбитали (принцип Паули искључења). Такође, када имате пар електрона у суб-орбитали, њихова комбинована магнетна поља ће се отказати. Ако сте збуњени, нисте сами. Многи се овде изгубе и само се питају о магнетима, уместо да даље истражују.
Када погледате феромагнетске метале, тешко је видети зашто су толико различити од елемената поред њих на периодичној табели. Опште је прихваћено да феромагнетски елементи имају велике магнетне моменте због непарних електрона у својим спољним орбиталима. Сматра се да спин електрона ствара и минутно магнетно поље. Ова поља имају сложени ефекат, па када саберете гомилу тих поља, они се додају у већа поља.
Како би закључили ствари „како магнети делују?“, Атоми феромагнетских материјала имају своје магнетно поље створено од стране електрона који им окружују. Мале групе атома имају тенденцију да се оријентишу у истом правцу. Свака од ових група назива се магнетним доменом. Сваки домен има свој северни и јужни пол. Када комад гвожђа није магнетизован, домени неће бити усмерени у истом правцу, већ ће усмеравати насумичним смеровима отклањајући се и спречавајући да гвожђе има северни или јужни пол или је магнет. Ако уведете струју (магнетно поље), домени ће почети да се подударају са спољним магнетним пољем. Што се више примењује, већи је број поравнатих домена. Како спољно магнетно поље постаје јаче, тако ће се све више домена ускладити с њим. Доћи ће тачка у којој су сви домени унутар гвожђа поредани са спољним магнетним пољем (засићеност), без обзира колико јаче магнетно поље направљено. Након уклањања спољног магнетног поља мекани магнетни материјали ће се вратити на насумично оријентисане домене; међутим, тврди магнетни материјали задржаће већину својих домена поравнато, стварајући снажан трајни магнет. Дакле, ту га имате.
Написали смо много чланака о магнетима за Спаце Магазине. Ево чланка о бар магнетима и ево чланка о супер магнетима.
Ако желите више информација о магнетима, погледајте неколико супер експеримената са магнетима, а ево линка до чланка о супер магнетима Висе Геек-а.
Такође смо снимили читаву епизоду Астрономи Цаст-а о магнетизму. Слушајте овде, епизода 42: Магнетизам свуда.
Извори:
Висе Геек
Википедија: Магнет
Википедија: Феромагнетизам
