Věda a technika v pozadí
Silné magnety
Teorie
Dnes se od magnetů z tvrdé oceli přešlo k magnetům slitinovým, z nichž nejznámějším je slitina Al, Ni a Co, používaná pod názvem ALNICO. Nová generace permanentních magnetů se nazývá RARE EARTH a jsou vyrobeny ze slitin prvků vzácných zemin, nejčastěji samarium nebo neodym. Poskytují velmi silná magnetická pole, používají se např. v pevných discích.
Brzy bylo známo, že magnetické účinky se na povrchu magnetu jeví nestejnoměrně, někde velmi silně, jinde téměř vůbec. Místa, kde se nejvíce projevují magnetické účinky, nazýváme póly. Jestliže magnetku volně zavěsíme v magnetickém poli Země, tak konec směřující k severu nazveme sevení (N) a ten, který směřuje k jihu nazveme jižní (S) pól magnetu (označení je z anglických slov north = sever, south = jih). Místo kde magnet s železnými pilinami téměř nereaguje se nazývá netečné pásmo. Při rozdělení tyčového magnetu na dvě části zjistíme, že každá polovina má na svých koncích opět severní a jižní pól. V dělení můžeme pokračovat a i ten sebemenší dílek představuje magnet se dvěma opačnými póly. Jinými slovy – severní a jižní pól nemohou existovat odděleně od sebe.
Magnetické pole tyčového magnetu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Dva různé póly magnetu se přitahují, dva stejné póly magnetu se odpuzují. Základním projevem magnetického pole je magnetická síla. Magnetické pole znázorňujeme pomocí magnetických indukčních čar, které tvoří soustavu uzavřených křivek. Vycházejí ze severního pólu, procházejí prostorem kolem magnetu a vcházejí u jižního pólu a uvnitř se uzavírají. Jejich hustota prozrazuje intenzitu magnetického pole H, jejíž jednotka je A/m.
První vysvětlení magnetického chování látek podal Simeon Poisson, který tvrdil, že vlivem magnetického pole se každý magnet polarizuje, tj. rozdělí se na jižní a severní pól. Jeho teorii rozpracoval Wilhelm Weber v teorii elementárních magnetů. Na základě této teorie je možné vysvětlit všechny vlastnosti magnetů. Každý atom železa v oceli, ať už je magnetická nebo nemagnetická, si můžeme představit jako maličký magnet. V nezmagnetované oceli jsou tyto elementární magnety rozloženy neuspořádaně, takže působení každého z nich se ruší působením jiného. Naproti tomu v magnetu je většina těchto elementárních magnetů orientována stejným pólem především v jednom směru.
Orientace elementárních magnetů v nezmagnetované a ve zmagnetované oceli.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
A co se děje v kousku oceli, když jej potíráme magnetem? Magnet svou silou obrací elementární magnety v ocelové tyči stejnými póly na jednu stranu. Elementární magnety se nejprve otáčejí svými jižními póly k severnímu pólu magnetu a potom, když magnet posuneme dále, ukládají se podélně, jižními póly ve směru jeho pohybu. Tento jev se nazývá magnetická indukce a objevil ji William Gilbert.
Princip zmagnetování oceli.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Z toho také samo sebou vyplývá, jak máme při magnetování ocelové tyče postupovat: přiložíme ke konci tyče jeden pól magnetu, pevně jej přitiskneme a vedeme podél tyče. Je to jeden z nejjednodušších a nejstarších způsobů magnetování, hodí se však jenom k získání slabých magnetů menších rozměrů. Silné magnety získáváme pomocí elektrického proudu.
Weber nedokázal vysvětlit, co jsou to elementární magnety. To se pokusil objasnit André Ampére pomocí hypotézy o elementárních proudech. Podle této představy existují v molekulách kruhové elektrické proudy (později bylo zjištěno, že jsou způsobené pohybem elektronů kolem jader atomů), které jsou zdrojem magnetického pole.
Podle starých teorií přispívá ke vzniku magnetismu obíhající elektron a to dvojím způsobem. Jednak tím, že obíhá a představuje tak elementární proud, a jednak tím, že se otáčí kolem své osy (jedná se pouze o jakousi představu analogickou s běžnými zkušenostmi). Vytváří tak dva magnetické momenty, moment oběhu a moment otáčení čili spin. Který z nich má větší vliv na vznik magnetismu rozhodl pokus, který provedli Albert Einstein a Wander Johannes de Haas v roce 1916. Tehdy z něho ale nebyly vyvozeny správné důsledky. Od té doby byl mnohokrát opakován, až se podařilo sladit výsledek měření i výpočet.
