מה עושה מגנטים חזקים?

מגנטיות היא שמו של שדה הכוח שנוצר על ידי מגנטים. דרכו מגנטים מושכים מתכות מסוימות מרחוק, מה שגורם להם להתקרב ללא כל סיבה נראית לעין. זהו גם האמצעי שבו מגנטים משפיעים זה על זה. לכל המגנטים שני מוטות, המכונים הקטבים "צפון" ו"דרום ". כמו שקטבים מגנטיים מושכים זה את זה, בעוד שבניגוד לקטבים מגנטיים דוחפים זה את זה. יש הרבה שונים מיני מגנטים עם מגוון גדול של רמות כוח. יש מגנטים בקושי חזקים מספיק כדי להחזיק נייר במקרר. אחרים חזקים מספיק כדי להרים מכוניות.

כדי להבין מה מחזק מגנטים עליכם להבין משהו מההיסטוריה של מדע המגנטיות. בתחילת המאה ה -19, קיום המגנטיות היה ידוע, וכך גם קיומו של חשמל. אלה נחשבו בדרך כלל כשתי תופעות נפרדות לחלוטין. עם זאת, בשנת 1820, הפיזיקאי האנס כריסטיאן אורסטד הוכיח כי זרמים חשמליים מייצרים שדות מגנטיים. זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1855, הוכיח פיזיקאי אחר, מייקל פאראדיי, כי שינוי שדות מגנטיים עלול לייצר זרמים חשמליים. כך הוכח כי חשמל ומגנטיות הם חלק מאותה תופעה.

כל החומר עשוי מאטומים, וכל האטומים עשויים ממטענים חשמליים זעירים. במרכז כל אטום יושב הגרעין, גוש חומר צפוף קטן עם מטען חשמלי חיובי. סביב כל גרעין נמצא ענן מעט גדול יותר של אלקטרונים טעונים שלילית, המוחזק על ידי משיכתו החשמלית של גרעין האטום.

אלקטרונים כל הזמן בתנועה. הם מסתובבים וגם נעים סביב האטומים שהם חלק מהם, וחלק מהאלקטרונים אפילו עוברים מאטום אחד למשנהו. כל אלקטרון נע הוא זרם חשמלי זעיר, מכיוון שזרם חשמלי הוא רק מטען חשמלי נע. לכן, כפי שהראה אורסטד, כל אלקטרון בכל אטום מייצר שדה מגנטי זעיר משלו.

ברוב החומרים שדות מגנטיים זעירים אלה מכוונים לכיוונים שונים רבים ולכן מבטלים זה את זה, על פי קריסטן קוין מהמעבדה הלאומית לשדה מגנטי. הקטבים הצפוניים נמצאים ליד הקטבים הדרומיים לעתים קרובות ככל שלא, והשדה המגנטי נטו של האובייקט כולו קרוב לאפס.

כאשר חומרים מסוימים נחשפים לשדה מגנטי חיצוני, תמונה זו משתנה. השדה המגנטי החיצוני מאלץ את כל השדות המגנטיים הקטנים האלה להתיישר. הקוטב הצפוני שלו דוחף את כל הקטבים הצפוניים הקטנים לאותו כיוון: הרחק ממנו. הוא מושך אליו את כל הקטבים הדרומיים המגנטיים הקטנים. זה גורם לשדות המגנטיים הזעירים שבתוך החומר להוסיף את השפעותיהם יחד. התוצאה היא שדה מגנטי נטו חזק באובייקט בכללותו.

ככל שהשדה המגנטי החיצוני שמופעל חזק יותר, כך המגנטיזציה כתוצאה גדולה יותר. זה הראשון מהגורמים שקובעים כמה חזק מגנט הופך. השני הוא סוג החומר ממנו עשוי המגנט. חומרים שונים מייצרים מגנטים בעלי עוצמות שונות. בעלי חדירות מגנטית גבוהה (שהיא מדידה עד כמה הם מגיבים לשדות מגנטיים) מייצרים את המגנטים החזקים ביותר. מסיבה זו משתמשים בברזל טהור לייצור מגנטים חזקים ביותר.