Magnetizam: definicija, vrste, svojstva i način njihovog rada (s primjerima)

Magneti. Imate ih u svom hladnjaku, s njima ste se igrali kao dijete, čak ste i držali kompas u ruci dok je igla kompasa ukazivala na Zemljin magnetski sjeverni pol. Ali kako djeluju? Koji je to fenomen magnetizma?

Magnetizam je jedan od aspekata osnovne elektromagnetske sile. Opisuje pojave i sile povezane s magnetima ili magnetskim objektima.

Sva magnetska polja nastaju pomicanjem naboja ili promjenom električnih polja. Zbog toga se pojave elektriciteta i magnetizma zajednički nazivaju elektromagnetizmom. Oni su stvarno jedno te isto!

Unutar svih materijala atomi sadrže elektrone, a ti elektroni tvore oblak oko atomske jezgre, cjelokupnim kretanjem stvarajući minijaturni magnetski dipol. U većini materijala, međutim, slučajna raspodjela orijentacija ovih mini-magneta uzrokuje poništavanje polja. Ferromagnetski materijali su iznimka.

Mnogi materijali pokazuju magnetske pojave, uključujući željezo, mangan, magnetit i kobalt. Oni mogu postojati kao trajni magneti ili mogu biti paramagnetski (to jest, privlače ih magnetski materijali, ali sami ne zadržavaju trajni magnetizam). Elektromagneti se stvaraju propuštanjem električne struje kroz žicu namotanu oko materijala kao što je željezo (ili u bilo kojoj situaciji u kojoj se kreće električni naboj).

Magnetski materijali mogu se međusobno privlačiti ili odbijati, ovisno o tome koji su dijelovi tih materijala okupljeni.

Baš kao i kod električne i gravitacijske sile, i predmeti koji međusobno djeluju magnetskim silama stvaraju polje oko sebe. Primjerice, šipkasti magnet stvara magnetsko polje u prostoru oko sebe, što uzrokuje da bilo koji drugi magneti ili feromagnetski materijali dovedeni u to polje osjete silu kao rezultat.

Jedan od načina vizualizacije magnetskog polja je upotreba željeznih opiljaka. Opiljci od željeza su mali komadići željeza koji će se, kad se posipaju oko magneta, poravnati s vanjskim linijama magnetskog polja, omogućujući vam njihovu vizualizaciju.

SI jedinica povezana s jakošću magnetskog polja je tesla.

Sljedeća uobičajena jedinica povezana s jakošću magnetskog polja je Gauss.

1 Gauss = 1 G = 10^-4 T

Postoji mnogo različitih vrsta magnetizma:

​Paramagnetizamopisuje određene materijale koje magneti mogu slabo privući, ali koji sami ne zadržavaju trajno magnetsko polje. U prisutnosti vanjskog polja, oni će formirati unutarnja, inducirana magnetska polja koja se poravnavaju. To može rezultirati privremenim pojačavanjem magnetskog polja u cjelini. Postoje mnoge različite vrste paramagnetskih materijala, čak i neki od dragog kamenja.

​Dijamagnetizamje svojstvo koje pokazuju svi materijali, ali što je obično najočitije u materijalima za koje mislimo da su nemagnetski. Magnetska polja dijamagnetske materijale vrlo slabo odbijaju. U trajnim magnetima i paramagnetskim materijalima učinci dijamagnetizma su zanemarivi.

​Elektromagnetizamnastaje kada se električna struja prolazi kroz žicu. Ta žica može biti namotana oko željezne šipke kako bi pojačala učinak jer će željezo stvoriti vlastito magnetsko polje koje se poravnava s vanjskim poljem. Ovaj oblik magnetizma izravna je posljedica činjenice da gibanje elektrona stvara magnetsko polje. (Opet, elektricitet i magnetizam dvije su strane istog temeljnog fizikalnog svojstva!)

​Feromagnetizamopisuje kako određeni materijali - koji se nazivaju feromagnetski materijali - tvore trajne magnete, o čemu se detaljnije govori u sljedećem odjeljku.

Materijali koje magnetima jako privlače nazivaju se feromagnetskim. Željezo je najčešći materijal ove vrste. (Nije iznenađujuće s obzirom na latinski prefiksfero- znači "željezo".)

Feromagnetski materijali imaju takozvane magnetske domene; to jest područja unutar njih koja su poput magneta, ali orijentirana u različitim smjerovima tako da se ukupni učinak poništava i oni općenito ne djeluju poput magneta. Međutim, ako su ti materijali smješteni u magnetska polja, to može dovesti do poravnanja domena da su svi poravnati u istom smjeru i stoga postaju (često privremeno) poput magneta se.

Feromagnetski materijali uključuju lodestone, željezo, nikal, kobalt i razne rijetke zemlje, uključujući neodim.

Šipkasti magnet je pravokutna ili cilindrična šipka od magnetskog materijala. Krajevi šipkastog magneta su sjeverni i južni pol. To su dvije vrste magnetskih polova i oni međusobno djeluju preko magnetske sile na način sličan onome kako pozitivni i negativni naboji međusobno djeluju putem električne sile.

Šipkasti magneti su magnetski dipoli. Imaju suprotne polove razdvojene udaljenostom, slično električnom dipolu. Međutim, jedna od glavnih razlika je u tome što s magnetima ne možete imati monopol (izolirani pol) kao što možete imati s nabojima. Magnet uvijek postoji kao dipol, a nikada kao sjeverni pol sam po sebi ili kao južni pol. (Ako presiječete šipkasti magnet na pola kako biste pokušali odvojiti polove, jednostavno ćete na kraju dobiti dva manja dipolarna magneta!)

Kao što vjerojatno znate, Zemlja ima magnetsko polje. To omogućava ljudima da pomoću kompasa odrede u kojem su smjeru okrenuti u odnosu na polove. Magnetski se kompas sastoji od malog magneta koji se može slobodno kretati i poravnati s bilo kojim vanjskim poljem. Crveni kraj igle kompasa usmjeren je prema sjeveru. Zemljino magnetsko polje djeluje poput divovskog magnetskog šipka. Ovaj zamišljeni šipkasti magnet je orijentiran tako da je sjeverni kraj magneta na južnom polu Zemlje, a južni kraj magneta na sjevernom polu Zemlje.

Zemljino magnetsko polje u većini mjesta također nije paralelno s površinom Zemlje. Možete odrediti deklinaciju Zemljinog magnetskog polja pomoću uronjene igle. Najprije usmjerite iglu vodoravno i poravnajte je sa Zemljinim magnetskim sjeverom. Zatim ga okrenite okomito i promatrajte kut zarona. Kut je veći što ste bliže polovima.

Zemljino magnetsko polje stvara područje svemira koje okružuje planet zvano magnetosfera. Magnetosfera u osnovi izgleda poput magnetskog polja vrlo velikog šipkastog magneta poravnatog blizu Zemljine osi, iako se magnetosfera može deformirati u interakciji s nabijenim česticama.

Magnetosfera nas štiti od sunčevog vjetra koji sadrži nabijene čestice. Interakcije između ovih čestica i linija magnetskog polja uzrokuju polarne svjetlosti.

Fenomen magnetizma koristi se u svim vrstama svakodnevnih primjena.

Fenomen elektromagnetizma omogućuje nam pretvaranje mehaničke energije u električnu energiju u električnim generatorima. Električni generatori koriste mehanička sredstva za okretanje turbine (puše vjetar ili tekuća voda) koja mijenja magnetsko polje u odnosu na žičane zavojnice, potičući struju.

Elektromotori su u osnovi suprotni električnim generatorima, koji koriste elektromagnetizam za pretvorbu električna energija u mehaničku, bilo da se radi o bušilici, mješalici ili električnoj vozilo.

Industrijski elektromagneti su divovski magneti s vrlo jakim magnetskim poljima koji im omogućuju preuzimanje starih vozila na otpadu.

MRI uređaji koriste jaka magnetska polja kako bi stvorili slike vaše unutrašnjosti i omogućili liječnicima da dijagnosticiraju čitav niz zdravstvenih stanja.