Pole magnetyczne — właściwości i zastosowania

Pole magnetyczne jest niewidoczne, ale jego skutki widać wszędzie — od igły kompasu po działanie silników i dysków. Poniżej właściwości i zastosowania.

Czym jest pole magnetyczne

Pole magnetyczne to obszar wokół magnesu lub przewodnika z prądem, w którym na inne magnesy i poruszające się ładunki działa siła.

Przedstawia się je za pomocą linii pola, umownie biegnących od bieguna północnego do południowego na zewnątrz magnesu. Im gęściej ułożone linie, tym pole silniejsze.

Źródła pola magnetycznego

• Magnesy trwałe — uporządkowane domeny magnetyczne w żelazie, kobalcie, niklu
• Przewodnik z prądem — pole powstaje wokół każdego przepływu ładunków
• Elektromagnes — zwojnica z rdzeniem, działa tylko przy włączonym prądzie
• Ziemia — pole generowane przez ruchy w płynnym jądrze

Wspólny mianownik jest jeden: pole magnetyczne zawsze wiąże się z ruchem ładunków. Nawet w magnesie trwałym źródłem są ruchy elektronów w atomach.

Reguła prawej dłoni

Kierunek pola wokół przewodnika ustala się, obejmując go prawą dłonią tak, by kciuk wskazywał kierunek prądu — pozostałe palce pokazują wtedy kierunek linii pola.

Dla zwojnicy działa odmiana tej reguły: palce wskazują kierunek prądu w zwojach, a kciuk biegun północny elektromagnesu.

Zastosowania

• Silnik elektryczny — zamienia energię elektryczną w ruch obrotowy
• Generator — działa odwrotnie, wytwarzając prąd z ruchu
• Transformator — zmienia napięcie dzięki indukcji
• Głośnik — cewka w polu magnesu porusza membraną
• Dysk twardy — zapis danych przez namagnesowanie fragmentów powierzchni
• Rezonans magnetyczny — obrazowanie wnętrza ciała bez promieniowania jonizującego

Materiały magnetyczne

Nie wszystkie substancje reagują na pole jednakowo. Ferromagnetyki — żelazo, kobalt, nikiel i ich stopy — silnie się namagnesowują i mogą zachować własne pole po usunięciu zewnętrznego. To z nich powstają magnesy trwałe.

Pozostałe materiały reagują bardzo słabo: paramagnetyki nieznacznie wzmacniają pole, a diamagnetyki lekko je osłabiają. Dlatego magnes nie przyciąga aluminium ani miedzi, choć są to metale — magnetyzm nie jest cechą metali w ogóle, lecz wąskiej grupy pierwiastków o odpowiednim układzie elektronów.

Pole magnetyczne Ziemi

Powstaje wskutek ruchów przewodzącego materiału w płynnym jądrze zewnętrznym. Chroni planetę przed wiatrem słonecznym, odchylając naładowane cząstki.

Efektem ubocznym tej ochrony są zorze polarne — cząstki wiatru słonecznego kierowane wzdłuż linii pola trafiają do atmosfery w okolicach biegunów i wzbudzają jej gazy do świecenia. Barwa zależy od rodzaju gazu: tlen daje zieleń i czerwień, azot fiolet.

Warto dodać, że bieguny magnetyczne Ziemi przemieszczają się, a w przeszłości geologicznej wielokrotnie zamieniały się miejscami. Zapis tych przebiegunowań w skałach dna oceanicznego był jednym z dowodów na ruch płyt tektonicznych.