14-1 Magnety a magnetické pole

14-1 Magnety a magnetické pole

V starovekej Číne už vedeli, že ak zavesia tenký prut určitého druhu železnej rudy na šnúru, ten sa otočí do určitého smeru, a to tak, že jeden koniec sa otočí približne na sever a druhý na juh. Z toho, ako sa chová strelka kompasu vyplýva, že Zem je obklopená magnetickým poľom. Ono je zodpovedné za to, že magnetické železo, prirodzené aj umelé magnety, sa natočia do severo-južného smeru. Magnetické pole, ktoré sa zjavuje v správaní sa strelky kompasu, sa prejavuje aj iným spôsobom; odchyľuje zo svojej dráhy napríklad prúd nabitých častíc vyvrhnutých Slnkom, a spôsobuje krásny úkaz polárnej žiary v polárnych oblastiach.

Magnetické pole Zeme sa dá využiť aj na zmagnetizovanie oceľových tyčí: tyč postavíme do smeru magnetického poľa a opakovane do nej udrieme kladivom. Tieto prudké nárazy zatrasú nepatrnými čiastočkami tyče, ktoré – aspoň čiastočne – sa otočia do smeru magnetického poľa. V skutočnosti každý železný alebo oceľový predmet je do určitej miery zmagnetizovaný v dôsledku indukčného účinku magnetického poľa Zeme. Počas druhej svetovej vojny vynaložili mimoriadne úsilia na „demagnetizáciu“ (odmagnetovanie) vojnových a zásobovacích lodí, aby sa vyhli inicializácii magnetických mín rozmiestnených nepriateľmi.

Ak dve magnetizované oceľové tyče k sebe priblížime, zistíme, že „zhodné“ konce – tj. tie konce, ktoré pri magnetizácii ukazovali do jedného smeru – sa vzájomne odpodzujú. Pokiaľ však jednu z tyčí otočíme, konce sa priťahujú.

Toto správanie sa poukazuje na to, že magnetické vlastnosti dlhých magnetických predmetov – magnetitu, oceľovej tyče, strelky kompasu – sú najsilnejšie na ich koncoch, v blízkosti tzv. magnetických pólov. Môžeme vidieť aj to, že rovnaké póly – teda tie, ktoré voľne ukazujú v rovnakom smere – sa odpudzujú, kým opačné sa priťahujú. Zavedenie pojmu dvoch pólov súvisí s používaním kompasu. Ten koniec, ktorý ukazuje k zemepisnému severu nazývame severným pólom magnetu, a ten, ktorý ukazuje k zemepisnému juhu, južným pólom.

V tomto zmysle (zohľadnením toho, že opačné póly sa priťahujú) v blízkosti severného zemepisného pólu je južný magnetický pól Zeme, a naopak, na juhu je severný magnetický pól Zeme.

Magnetické pole obklopujúce magnet sa dá znázorniť nakreslením (alebo predstavením si) čiar: to je presne také isté znázornenie, akým sme znázornili elektrické pole obklopujúce elektricky nabité častice.

Smer magnetického poľa vyznačí v každom bode orientácia strelky kompasu, ktorý do tohto bodu umiestnime: čiaru potiahneme tým smerom, v ktorom ukazuje severný pól malého kompasu. Smer poľa znázorňujeme takto malými šípkami (pozri obrázok 14.1). Obrázok 14.2 ukazuje schematickú predstavu, že magnety sa skladajú z atómov, ktoré aj sami sú malé magnety. V nemagnetizovanej oceli ukazujú tieto malé magnety do všetkých možných smerov (obrázok 14.2a). Ak oceľovú tyč silne zmagnetizujeme, elementárne magnety sa otočia všetky do jedného smeru (obrázok 14.2b). Ak do magnetického poľa vložíme mäkké železo, orientácia elementárnych magnetov sa udeje veľmi rýchlo.

Ak nad magnet umiestnime papier, alebo sklenenú dosku, a vysypeme na ňu železné piliny, každá jedna pilinka sa stane indukovaným magnetom a orientuje sa podľa magnetického poľa (obrázok 14.3).

Mäkké železo sa zmagnetizuje rýchlo, ale zrovna tak rýchlo svoju magnetizáciu stratí. Ak ho odnesieme z magnetického poľa, elementárne magnety sa v dôsledku tepelného pohybu znova dostanú do neusporiadaného stavu.

V tvrdej oceli, a ešte viac v určitých špeciálnych zliatinách, sa usporiadanosť elementárnych magnetov zachová, kým materiál nezahrejeme na vysokú teplotu. Preto stále (permanentné) magnety sa zhotovujú z takýchto materiálov.

Súčasne však tieto magnety možno zmagnetizovať len pomocou silných magnetických polí.

V slabom poli treba napomáhať elementárnym magnetom – ako sme už povedali – udieraním.

Musíme vyzdvihnúť, že oproti samostatným kladným a záporným elektrickým nábojom magnetické póly sa môžu vyskytnúť len spolu, teda severný a južný pól od seba oddeliť, oddialiť, urobiť samostatným sa nedá. Ak zlomíme tyčový magnet, získame dva menšie tyčové magnety, lebo v mieste zlomu sa objavia nové magnetické póly.

Z predpokladu, že samotné atómy sú magnety (atomárne magnety) je jasné, že prečo nemôžeme rozlomením magnetu oddeliť od seba severný a južný pól. Nový pár magnetických pólov vzniklých rozlomením magnetu je dobre viditeľný na obrázku 14.2c.