Magnetyzm — bieguny, pole i zastosowania

Magnetyzm wydaje się zjawiskiem odrębnym od elektryczności, ale to dwie strony tego samego oddziaływania. Poniżej podstawy, prawa i wyjaśnienie kilku nieoczywistych faktów.

Bieguny magnetyczne

Każdy magnes ma biegun północny i południowy. Bieguny jednoimienne się odpychają, różnoimienne przyciągają — analogicznie do ładunków elektrycznych.

Jest jednak różnica zasadnicza: nie da się uzyskać pojedynczego bieguna. Przecięcie magnesu na pół nie daje osobnego bieguna północnego i południowego, lecz dwa mniejsze magnesy, każdy z kompletem biegunów. Podział można powtarzać dowolnie — zawsze z tym samym skutkiem.

Pole magnetyczne

Przestrzeń wokół magnesu, w której działa siła magnetyczna, przedstawia się za pomocą linii pola. Umownie biegną one od bieguna północnego do południowego na zewnątrz magnesu.

Można je zobaczyć, posypując kartkę opiłkami żelaza nad magnesem — ułożą się wzdłuż linii pola. To klasyczne doświadczenie szkolne.

Związek z elektrycznością

Magnetyzm nie jest osobnym zjawiskiem — powstaje wszędzie tam, gdzie poruszają się ładunki elektryczne.

• Przewodnik z prądem wytwarza wokół siebie pole magnetyczne
• Elektromagnes to zwojnica z rdzeniem, działająca tylko przy przepływie prądu
• Indukcja — zmienne pole magnetyczne wywołuje prąd w przewodniku

Ostatnie zjawisko, odkryte przez Faradaya, jest podstawą działania wszystkich generatorów prądu. W elektrowni — niezależnie od tego, czy napędza ją węgiel, woda czy wiatr — chodzi ostatecznie o obracanie magnesu względem cewki.

Skąd magnetyzm w magnesie trwałym

Odpowiadają za niego ruchy elektronów w atomach. W większości materiałów te drobne pola układają się przypadkowo i znoszą nawzajem. W żelazie, kobalcie i niklu mogą się natomiast uporządkować w obszary zwane domenami — jeśli domeny ustawią się zgodnie, materiał staje się magnesem.

Dlatego magnes traci właściwości po mocnym uderzeniu albo podgrzaniu: uporządkowanie domen zostaje zaburzone.

Zastosowania w technice

Magnetyzm stoi za działaniem większości urządzeń, z których korzystamy codziennie. Silnik elektryczny zamienia energię elektryczną w ruch dzięki oddziaływaniu pola magnetycznego z przewodnikiem, przez który płynie prąd. Głośnik działa na tej samej zasadzie — cewka w polu magnesu porusza membraną, wytwarzając dźwięk.

Do tego dochodzą zapisy danych na dyskach twardych, tomografia rezonansu magnetycznego w medycynie oraz pociągi na poduszce magnetycznej, unoszące się nad torem dzięki sile odpychania jednoimiennych biegunów.

Pole magnetyczne Ziemi

Ziemia zachowuje się jak wielki magnes, a jego pole chroni nas przed wiatrem słonecznym. Bez tej osłony atmosfera byłaby stopniowo zdmuchiwana w przestrzeń — tak prawdopodobnie stało się z atmosferą Marsa.

Ciekawostka, która myli przy nauce: biegun magnetyczny znajdujący się blisko geograficznej północy jest fizycznie biegunem południowym magnesu ziemskiego. Musi tak być, skoro przyciąga północny koniec igły kompasu — bieguny różnoimienne się przyciągają.