Pole magnetyczne

Już w starożytności zauważono, że niektóre substancje przyciągają metalowe przedmioty. Substancje muszą wokół siebie zmieniać przestrzeń tak, że zachodzi oddziaływanie na odległość.

Magnes

Do takich substancji należy piryt magnetyczny i magnetyt, minerał, tlenek żelaza, występujący w magmowych skałach. Jest to najbogatsza w żelazo ruda tego pierwiastka.

To tak zwany magnes naturalny. W wyniku pewnych procesów można uzyskać także magnesy sztuczne.

Oto cechy ciał, które nazywamy magnesami:

magnes przyciąga niektóre metalowe przedmioty,
najsilniejsze przyciąganie ma miejsce na przeciwległych końcach magnesu, na środku magnesu występuje obszar neutralny (nie występuje przyciąganie);
lekki magnes zawieszony swobodnie (igła magnetyczna) ustawia się zawsze w jednym kierunku (północ-południe);
końce dwóch magnesów mogą się przyciągać lub odpychać;
w wyniku podzielenia magnesu zawsze otrzymujemy dwa magnesy.

Końce magnesu to tak zwane bieguny magnetyczne. Każdy magnes ma dwa bieguny:

biegun północny - oznaczany literą N,
biegun południowy - oznaczany literką S.

Dwa takie same bieguny odpychają się, dwa różne bieguny przyciągają się wzajemnie.

Jak wcześniej zostało wspomniane, podzielony na pół magnes daje w wyniku dwa magnesy o dwóch biegunach. Bieguny zawsze występują parami. Istnieją tylko dipole magnetyczne. Nigdy nie stwierdzono monopoli magnetycznych (czyli pojedynczych biegunów magnetycznych).

Jeżeli rozrzucić opiłki żelaza wokół magnesu powstanie układ, jaki pokazano na powyższym zdjęciu. Wokół magnesu powstaje pole magnetyczne.

Pole magnetyczne jest to własność przestrzeni, która polega na tym, że na umieszczone w nim magnesy działają siły.

Co wytwarza pole magnetyczne?

Pole magnetyczne wytwarzają:

magnesy, ziemia, inne planety, gwiazdy;
przewodniki z prądem, ładunki elektryczne w ruchu;
zmienne pole elektryczne.

Linie pola magnetycznego

Jeden ze sposobów ilustrowania pola magnetycznego są linie sił pola magnetycznego. Linie pola magnetycznego rysujemy zgodnie z poniższymi zasadami:

Linie sił pola magnetycznego są w każdym punkcie tego pole styczne do kierunku, w jakim ustawia się igła magnetyczna.
Zwrot linii pola magnetycznego przyjety jest od bieguna N do bieguna S.
Im większa siła działa na igłę magnetyczną, tym gęściej upakowane są linie sił pola.
Linie pola magnetycznego tworzą zamknięte krzywe, nie zaczynają się, ani się nie kończą – inaczej niż w polu elektrycznym, gdzie linie pola elektrostatycznego wychodzą z ładunków dodatnich i zbiegają się w ładunkach ujemnych. Pole magnetyczne jest bezźródłowe.

Opiłki wokół magnesu świetnie ilustrują, w jaki sposób układają się linie sił pola magnetycznego.

Poniższa ilustracja przedstawia różne przypadki rozkładu linii pola magnetycznego wokół źródeł pola magnetycznego.

Magnesowanie

Niektóre substancje umieszczone w zewnętrznym polu magnetycznym magnesują się. Oznacza to, że stają się magnesami. Ta pozostałość magnetyczna jest charakterystyczna dla ciał, które nazywamy ferromagnetykami. Są też substancje, które magnesują się w zewnętrznym polu magnetycznym (paramagnetyki i diamagnetyki), jednak po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego substancje te tracą własności magnetyczne.

Typy magnesów trwałych

Z uwagi na kształt możemy wyróżnić magnesy:

sztabkowe,
podkowiaste,
cylindryczne,
pierścieniowe.

Z uwagi na materiał, z którego wykonano magnesy:

neodymowe - oparte na związkach neodymu, pierwiastka z grupy lantanowców (to bardzo silne magnesy),
ceramiczne,
kobaltowe i inne.

Zastosowanie magnetyzmu

Jedno z pierwszych i bardzo ważnych zastosowań magnetyzmu to igła magnetyczna, która jest podstawą działania kompasu. Dziś oprócz nawigacji magnetyzm stosuje się szeroko w nauce, technice i medycynie.

Oto niewielki tylko wykaz zastosowania magnetyzmu:

kompasy,
głośniki,
mikrofony,
silniki elektryczne,
mierniki elektryczne,
prądnice,
cyklotrony,
akceleratory,
mikroskopy elektronowe,
rezonans magnetyczny,
dyski magnetyczne w komputerach,
dzwonki,
filtry oleju,
elementy dekoracyjne,
zabawki.

Magnetyt

Magnetyt jest to pospolity minerał zaliczany do tlenków, naturalny magnes.

Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem

Nieskończenie długi przewodnik liniowy z prądem generuje pole magnetyczne, którego linie układają się na płaszczyźnie prostopadłej do tego przewodnika w okręgi o wspólnym środku.

Indukcja magnetyczna

Indukcja magnetyczna albo indukcja pola magnetycznego jest to wektorowa wielkość fizyczna, charakteryzująca to pole w taki sposób, że na ładunek próbny q0, który porusza się w tym polu z niezerową prędkością działa siła (nazywana siłą Lorentza).

Pole magnetyczne Ziemi

Ziemia, jak wiele innych ciał niebieskich, wytwarza własne pole magnetyczne. Powstawanie tego pola opisuje teoria samowzbudzonego dynama, która przyjmuje, że źródłem tego pola jest zjawisko konwekcji w płynnym, metalicznym jądrze naszej planety.