Magnetyzm. Co to jest?

Zwłaszcza dla dzieci, ale także dla wielu dorosłych, są one jedną z najbardziej fascynujących rzeczy, jakie fizyka ma do zaoferowania: Magnesy. Jego piękno polega na tym, że siła, która za nim stoi. Magnetyzmmagnetyzm można również zaobserwować w codziennym życiu w wielu miejscach. Ale czym jest przede wszystkim magnetyzm, jak powstaje z fizycznego punktu widzenia i co można z nim zrobić? Chcemy dotrzeć do sedna dokładnie tego zjawiska tutaj.

Po pierwsze, musimy odróżnić niektóre terminy od siebie i nieco je skonkretyzować: Mówiąc o Magnesy Kiedy w życiu codziennym mówimy o magnetyzmie, wiele osób rozumie go tylko jako tzw. ferromagnetyzm. Spotykamy się z tym w wielu miejscach naszego codziennego życia, na przykład na tablicy magnetycznej dostępnej w niezliczonych domach, tablicy ściennej wykonanej z metalu lub blachy, do której za pomocą małych magnesów można przyczepiać notatki i inne przedmioty codziennego użytku. Jeśli masz metalową lodówkę, możesz też po prostu przyczepić do niej karteczki za pomocą odpowiednich magnesów. Właśnie w tym miejscu mamy do czynienia ze wspomnianym ferromagnetyzmem. Są to właściwości magnetyczne ferrum, lepiej znanego jako żelazo. Magnetyzm możemy zaobserwować również w innych przedmiotach codziennego użytku, na przykład w kompasie.

To następuje: W naszym codziennym życiu przedmioty wykonane z żelaza, a w szczególności ze stali, kojarzą się nam z magnesami lub magnetyzmem. W fizyce jednak wiadomo, że inne substancje są również magnetyczne, w tym np. Nickel i kobaltu.

Ponadto, wiele osób ma błędne wyobrażenia na temat namagnesowania różnych materiałów. Powszechnie przyjmuje się, że prosta stal jest trwale namagnesowana. To jednak nie jest prawidłowe. Stal, przynajmniej gdy nie jest uszlachetniona, jest uważana za materiał magnetycznie miękki. Jest namagnesowana, ale traci tę własność po krótkim czasie. Dlatego należy zwrócić uwagę na stosowanie tzw. magnetycznie twardych materiałów do namagnesowania trwałego. Tylko one zachowują swój magnetyzm przez długi okres czasu. Jest to również powód, dla którego igły do kompasów nie mogą być wykonane z prostego drutu stalowego, który jest również magnetycznie miękki.

Bardzo łatwo jest sprawdzić, czy dany obiekt jest magnetyczny za pomocą magnesu stałego. Jeśli magnes trwały zbliży się do obiektu, można wyczuć na nim siłę magnetyczną, o ile obiekt jest magnetyczny. W ten sposób obiekt jest przyciągany. Nie można jednak użyć tego do sprawdzenia, czy obiekt jest trwale magnetyczny. Aby to ustalić, należy przeprowadzić kontrolę krzyżową. Kawałek namagnesowanego materiału, na przykład żelaza lub stali, jest umieszczony w pobliżu obiektu. Jeśli ten obiekt testowy zostanie przyciągnięty, to jest to obiekt trwale namagnesowany.

W naszym codziennym życiu magnetyzm jest częściowo pożądany, a częściowo niepożądany. Na przykład, narzędzia są celowo namagnesowane, aby ułatwić ich obsługę. Najlepszym tego przykładem są śrubokręty, których końcówki są namagnesowane tak, że same trzymają daną śrubę. Każdy, kto kiedykolwiek pracował z takim wkrętakiem, z pewnością doceni magnetyczną końcówkę.

Historia magnetyzmu

Zanim zagłębimy się w techniczne zawiłości magnetyzmu, powinniśmy najpierw dowiedzieć się, od kiedy magnetyzm jest w ogóle znany człowiekowi, a więc od kiedy może być wykorzystywany do jego celów. Jednym z najstarszych obiektów, który w szczególny sposób wykorzystuje magnetyzm, jest kompas. Jednak zasada, na której się ona opierała, była stosowana już zanim ludzie poznali dokładne tło. Na długo przed narodzeniem Chrystusa, zaawansowane narody używały tak zwanych magnetycznych kamieni żelaznych do określenia odpowiedniego kierunku kardynała.

To w końcu rzymski poeta Lukrecjusz nazwał te kamienie na cześć krajobrazu w Grecji i w ten sposób nadał im charakterystyczną nazwę Magnesia. Ostatecznie rozwinęło się to w terminy, które są znane do dziś Magnes i magnetyzm.

W średniowieczu właściwości magnetyzmu zostały po raz pierwszy wykorzystane do namagnesowania specjalnych metalowych igieł i użycia ich w kompasie, tak jak znamy je dzisiaj. W szczególności angielski przyrodnik Alexander Neckam prowadził badania w tej dziedzinie i dokonał odpowiednich zapisów.

Jednak podstawowe przyczyny magnetyzmu pozostały niezbadane aż do XVIII wieku. Wiedza na temat linii sił magnesów i innych podstaw magnetyzmu została odkryta i udokumentowana stosunkowo niedawno. Dotyczy to również związku pomiędzy prądem elektrycznym a magnetyzmem, który został odkryty przez Hansa-Christiana Orsteda w 1820 roku. Dziś jego praca jest uważana za podstawę nowoczesnej elektrotechniki.

Magnetyzm jako zjawisko fizyczne

W fizyce magnetyzm jest zjawiskiem, które przejawia się jako siła pomiędzy namagnesowanymi obiektami. Magnetyzm przejawia się również w obiektach z ruchomymi ładunkami elektrycznymi, na przykład w przewodnikach, przez które płynie prąd. Środowisko, w którym zachodzi wspomniana siła, nazywamy magnesem. Pole magnetyczne. Jest to więc pole siłowe, które jest wytwarzane przez namagnesowany obiekt. Pola magnetyczne mogą oddziaływać na siebie nawzajem, tzn. obiekt może sam wytwarzać pole magnetyczne i jednocześnie być pod wpływem innego pola magnetycznego.

W celu udokumentowania siłowego oddziaływania pól magnetycznych stosuje się tzw. linie pola. Pokazują one przebieg siły w polu magnetycznym. Odległość pomiędzy liniami pola magnetycznego reprezentuje siłę pola. Im bliżej siebie są linie pola, tym silniejsze pole magnetyczne. Wszystkie linie pola magnetycznego przebiegają w formie zamkniętych ścieżek, więc nie ma początku ani końca takiej linii pola. Aby uwidocznić linie pola, używamy albo igły kompasowej, albo opiłków żelaznych.

Ziemia, człowiek i magnetyzm

Magnetyzm odgrywa główną rolę na naszej ziemi. Pod warunkiem, że nie zadziała żadna inna siła, obiekt magnetyczny zawsze ustawi się z jednym z jego końców w kierunku północnym, podczas gdy drugi koniec skieruje się w kierunku bieguna południowego. Dokładnie z tego powodu mówi się też o biegunie północnym i południowym. W nauce przyjmuje się, że linie pola magnesu wychodzą na biegunie północnym i ponownie wchodzą na biegun południowy.

Ponieważ my, ludzie, jesteśmy znaczącą częścią planety Ziemia, pola magnetyczne nieustannie działają również w naszych ciałach. Wynikają one z aktywności naszych nerwów, która polega na działaniu prądu elektrycznego. Prąd ten z kolei wytwarza bardzo słabe pola magnetyczne, które jednak mogą być udokumentowane za pomocą czułych przyrządów pomiarowych. Zatem odwrotnie Magnesy mają wpływ na ludzki system nerwowy, co zostało już naukowo udokumentowane w wielu eksperymentach. Dlatego też siła magnetyzmu jest wykorzystywana do różnych celów, szczególnie w medycynie, np. do stymulacji mięśni lub nerwów.