Περιεχόμενο
- Ιστορία του μαγνητισμού
- Τα άτομα και η ηλεκτρική φόρτιση
- Μαγνητικά πεδία των ατόμων
- Ακύρωση πεδίων
- Μαγνήτιση
- Δύο παράγοντες
Ο μαγνητισμός είναι το όνομα του πεδίου ισχύος που παράγεται από τους μαγνήτες. Μέσα από αυτό, οι μαγνήτες προσελκύουν ορισμένα μέταλλα από απόσταση, καθιστώντας τους να κινηθούν πιο κοντά χωρίς εμφανή αιτία. Είναι επίσης το μέσο με το οποίο οι μαγνήτες αλληλεπιδρούν. Όλοι οι μαγνήτες έχουν δύο πόλους, που ονομάζονται πόλοι "βόρεια" και "νότια". Όπως οι μαγνητικοί πόλοι προσελκύουν ο ένας τον άλλο, ενώ σε αντίθεση με τους μαγνητικούς πόλους, ωθούνται ο ένας στον άλλο. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη μαγνητών με μεγάλη ποικιλία επιπέδων αντοχής. Μερικοί μαγνήτες είναι μόλις αρκετά ισχυροί για να κρατήσουν το χαρτί σε ένα ψυγείο. Άλλοι είναι αρκετά ισχυροί για να σηκώσουν αυτοκίνητα.
Ιστορία του μαγνητισμού
Για να καταλάβετε τι κάνει τους μαγνήτες ισχυρούς, πρέπει να καταλάβετε κάτι από την ιστορία της επιστήμης του μαγνητισμού. Στις αρχές του 19ου αιώνα, η ύπαρξη μαγνητισμού ήταν γνωστή, όπως και η ύπαρξη ηλεκτρισμού. Αυτές γενικά θεωρήθηκαν ως δύο εντελώς ξεχωριστά φαινόμενα. Ωστόσο, το 1820, ο φυσικός Hans Christian Oersted απέδειξε ότι τα ηλεκτρικά ρεύματα παράγουν μαγνητικά πεδία. Λίγο αργότερα, το 1855, ένας άλλος φυσικός, Michael Faraday, απέδειξε ότι η αλλαγή μαγνητικών πεδίων μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρικά ρεύματα. Έτσι αποδείχθηκε ότι η ηλεκτρική ενέργεια και ο μαγνητισμός αποτελούν μέρος του ίδιου φαινομένου.
Τα άτομα και η ηλεκτρική φόρτιση
Όλη η ύλη αποτελείται από άτομα, και όλα τα άτομα είναι κατασκευασμένα από μικροσκοπικά ηλεκτρικά φορτία. Στο κέντρο κάθε ατόμου κάθεται ο πυρήνας, ένα μικρό πυκνό συσσωμάτωμα ύλης με θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Περιβάλλει κάθε πυρήνα είναι ένα ελαφρώς μεγαλύτερο νέφος αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων, που κρατιέται στη θέση του από την ηλεκτρική έλξη του πυρήνα των ατόμων.
Μαγνητικά πεδία των ατόμων
Τα ηλεκτρόνια είναι συνεχώς εν κινήσει. Περιστρώνουν καθώς κινούνται γύρω από τα άτομα στα οποία είναι μέρος και κάποια ηλεκτρόνια κινούνται από το ένα άτομο στο άλλο. Κάθε κινούμενο ηλεκτρόνιο είναι ένα μικροσκοπικό ηλεκτρικό ρεύμα, επειδή ένα ηλεκτρικό ρεύμα είναι μόνο ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο. Επομένως, όπως έδειξε ο Oersted, κάθε ηλεκτρόνιο σε κάθε άτομο παράγει το δικό του μικροσκοπικό μαγνητικό πεδίο.
Ακύρωση πεδίων
Στα περισσότερα υλικά αυτά τα μικροσκοπικά μαγνητικά πεδία δείχνουν σε πολλές διαφορετικές κατευθύνσεις και ως εκ τούτου ακυρώνουν το ένα το άλλο, σύμφωνα με την Kristen Coyne του Εθνικού Εργαστηρίου Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου. Οι βόρειοι πόλοι είναι δίπλα στους νότιους πόλους τόσο συχνά όσο και το καθαρό μαγνητικό πεδίο του συνόλου του αντικειμένου είναι κοντά στο μηδέν.
Μαγνήτιση
Όταν κάποια υλικά εκτίθενται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, η εικόνα αλλάζει. Το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο υποχρεώνει όλα αυτά τα μικρά μαγνητικά πεδία να ευθυγραμμιστούν. Το βόρειο πόλο του ωθεί όλους τους μικρούς βόρειους πόλους προς την ίδια κατεύθυνση: μακριά από αυτό. Τράβει όλους τους μικρούς μαγνητικούς νότιους πόλους προς την κατεύθυνση αυτή. Αυτό κάνει τα μικροσκοπικά μαγνητικά πεδία μέσα στο υλικό να προσθέτουν τα αποτελέσματά τους μαζί. Το αποτέλεσμα είναι ένα ισχυρό καθαρό μαγνητικό πεδίο στο αντικείμενο ως σύνολο.
Δύο παράγοντες
Όσο ισχυρότερο είναι το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο που εφαρμόζεται, τόσο μεγαλύτερη είναι η μαγνήτιση που προκύπτει. Αυτός είναι ο πρώτος από τους παράγοντες που καθορίζουν πόσο δυνατός γίνεται ένας μαγνήτης. Ο δεύτερος είναι ο τύπος του υλικού στον οποίο είναι κατασκευασμένος ο μαγνήτης. Διαφορετικά υλικά παράγουν μαγνήτες διαφορετικής ισχύος. Εκείνοι με υψηλή μαγνητική διαπερατότητα (που είναι μια μέτρηση του πόσο ευαίσθητοι είναι σε μαγνητικά πεδία) κάνουν τους ισχυρότερους μαγνήτες. Για το λόγο αυτό, ο καθαρός σίδηρος χρησιμοποιείται για να κάνει μερικούς από τους ισχυρότερους μαγνήτες.