Magnetyzm to niewidzialna siła, powodowana przez elektrony w atomach, które tworzą wszystko wokół nas. Od twoich ubrań po biurko, każdy kawałek materii składa się z maleńkich cząstek zwanych atomami. Atomy mają ujemnie naładowane elektrony, które wirują wokół nich. Przez większość czasu elektron wiruje w losowych kierunkach. Kiedy wszystkie elektrony wirują w tym samym kierunku, tworzą niewidzialną siłę znaną jako magnetyzm.
Zapadnięta gwiazda, znana jako gwiazda neutronowa, ma najsilniejszą siłę magnetyczną spośród wszystkich obiektów we wszechświecie.
Magnes to przedmiot, który ma pole magnetyczne (niewidoczny wzór magnetyzmu). Magnes przyciąga lub odpycha inne przedmioty.
Magnesy są zwykle wykonane z żelaza lub stali, ale aluminium, stal-żelazo, miedź, nikiel i kobalt można również przekształcić w potężne magnesy.
Poniższa ilustracja przedstawia pole magnetyczne lub siłę magnetyczną rozłożoną w przestrzeni wokół i wewnątrz magnesu.
.svg)
1. Magnesy sztabkowe – siła magnesu skupia się na biegunach, a mniejsza na bokach. Magnesy sztabkowe mają na ogół najsłabszy kształt, ponieważ bieguny mają najmniejszą powierzchnię. Są to najczęściej używane kształty w życiu codziennym, takie jak magnesy na lodówkę i kompasy. Są również powszechnie używane do demonstracji w klasie. Są to najtańsze i najłatwiejsze do wymiany magnesy.
2. Magnesy w kształcie podkowy – Magnesy w kształcie podkowy to po prostu magnesy sztabkowe wygięte w kształcie litery U. Kształt litery U wzmacnia magnes, kierując bieguny w tym samym kierunku. Pierwotnie stworzony jako zamiennik magnesu sztabkowego, ten kształt stał się uniwersalnym symbolem magnesów. Może być używany do podnoszenia metalowych przedmiotów dowolnej wielkości w zależności od siły magnesu w kształcie podkowy. Na przykład małe podkowy mogą zbierać spinacze do papieru, podczas gdy przemysłowe magnesy w kształcie podków są używane w budownictwie i inżynierii do zbierania dużych kawałków metalu ciężkiego. Magnesy w kształcie podkowy są również używane w dolnej części wahadła.
3. Magnesy tarczowe – Zmieniając kształt magnesu, możemy zwiększyć powierzchnię biegunów, zwiększając tym samym siłę jego przyciągania. Ze względu na szeroką, płaską powierzchnię magnesy tarczowe mają dużą powierzchnię biegunową, co czyni je mocnymi i skutecznymi magnesami.
W zależności od wielkości dysku ten kształt ma różne zastosowania. Magnesy tarczowe są używane na co dzień w odzieży, dodatkach modowych i wystroju wnętrz. Wszywanie dysków magnetycznych w ubrania to świetny sposób na trzymanie materiału razem. Magnesy tarczowe o rozmiarach przemysłowych są powszechnie używane do zbierania starych samochodów na złomowiskach.
.svg)
4. Magnesy sferyczne – Magnesy sferyczne są często sprzedawane jako zabawki i nowości. Magnesy sferyczne tworzą popularne zabawki na biurko, takie jak jaja grzechotników. Ten kształt może być również używany do tworzenia bransoletek i naszyjników. Magnesy sferyczne są również skutecznymi narzędziami do demonstrowania struktury niektórych pierwiastków i cząsteczek, jeśli użyjesz kul do przedstawienia atomów.
5. Magnesy zwojowe – Magnesy, które są spiralną cewką z drutu, nazywane są elektromagnesami i są jednymi z najsilniejszych istniejących magnesów. Jednak stają się magnetyczne tylko wtedy, gdy prąd elektryczny przepływa przez drut do samego magnesu. Siłę i biegunowość pola magnetycznego wytwarzanego przez elektromagnes można regulować w zależności od prądu przepływającego przez drut. Elektromagnesy są stosowane w ruchomych częściach, takich jak odtwarzacze CD, odtwarzacze DVD, automatyczne okna, dyski twarde i automatyczne drzwi w supermarketach.
6. Magnesy cylindryczne lub prętowe – Magnesy cylindryczne lub prętowe mają grubość równą lub większą niż ich średnica. Umożliwia to magnesom generowanie bardzo wysokiego poziomu magnetyzmu ze stosunkowo małej powierzchni pola biegunowego. Ze względu na swój kształt magnesy te idealnie nadają się do zastosowań edukacyjnych, badawczych i eksperymentalnych.
7. Magnesy pierścieniowe – większość magnesów pierścieniowych jest namagnesowana osiowo. Bieguny północne i południowe znajdują się na płaskich okrągłych powierzchniach („góra i dół”). Kilka diametralnie namagnesowanych magnesów pierścieniowych z biegunami „lewy i prawy” jest specjalnie oznakowanych. Pierścienie są podobne do dysków, ale są puste w środku. Mniejsza objętość oznacza, że pierścienie nie są tak mocne jak porównywalne dyski, jednak wydrążony środek czyni je znacznie bardziej uniwersalnymi - pierścienie łatwo wsuwają się na rurki lub pręty.
.svg)
Istnieją trzy główne typy magnesów – tymczasowe, stałe i elektromagnesy.
Tymczasowe – Niektóre żelazo i stopy żelaza mogą być łatwo namagnesowane nawet słabym polem magnetycznym. Jednak po usunięciu pola magnetycznego obiekt stopniowo traci swój magnetyzm.
Trwałe – Przykładami są alnico (aluminium, stop niklowo-kobaltowy) i ferryty (materiał podobny do ceramiki, który jest wykonany z mieszanki tlenków żelaza z niklem, strontem lub kobaltem). Po namagnesowaniu obiekty te nie tracą łatwo swojego magnetyzmu.
Elektromagnesy – są używane, gdy potrzebny jest bardzo silny magnes. Elektromagnesy powstają poprzez umieszczenie metalowego rdzenia wewnątrz cewki z drutu, przez który płynie prąd elektryczny. Elektryczność przepływająca przez drut wytwarza pole magnetyczne. Gdy płynie prąd elektryczny, rdzeń działa jak silny magnes. Komputery, telewizory i silniki elektryczne to elektromagnesy.
Typowe rodzaje materiałów, z których wykonane są magnesy trwałe, to ceramika, alnico i neodym. Magnesy ceramiczne są mocne i dobrze sprawdzają się w większości eksperymentów. Magnesy Alnico są jeszcze mocniejsze i bardzo dobrze sprawdzają się w eksperymentach naukowych, chociaż są droższe niż magnesy ceramiczne. Magnesy neodymowe są tak silne, że jeden o średnicy pół cala może podnieść kilka funtów przedmiotów ferromagnetycznych. Są najdroższymi z tych trzech rodzajów magnesów.
1. Atrakcyjna właściwość – magnes przyciąga materiały ferromagnetyczne, takie jak żelazo, kobalt i nikiel.
2. Właściwość odpychająca – Każdy magnes ma biegun południowy i biegun północny. Podobnie jak bieguny magnetyczne odpychają się, a w przeciwieństwie do biegunów magnetycznych przyciągają się.
3. Właściwość kierunkowa – Swobodnie zawieszony magnes zawsze wskazuje kierunek północ-południe.
Ziemia jest bardzo dużym magnesem, a wokół nas jest pole magnetyczne. Jego bieguny północne i południowe są silnie magnetyczne. Biegun północny Ziemi jest również magnetycznym biegunem północnym: kompas wskazuje północ w kierunku bieguna północnego, ponieważ jest przyciągany przez pole magnetyczne Ziemi.
W centrum Ziemi obraca się jądro Ziemi. Rdzeń składa się głównie z żelaza. Zewnętrzna część rdzenia to płynne żelazo, które wiruje i zamienia ziemię w gigantyczny magnes. Stąd biorą się nazwy biegunów północnego i południowego. Te bieguny są w rzeczywistości dodatnimi i ujemnymi biegunami gigantycznego magnesu Ziemi. Jest to bardzo przydatne dla nas na Ziemi, ponieważ pozwala nam używać magnesów w kompasach, aby znaleźć drogę i upewnić się, że zmierzamy we właściwym kierunku. Jest to również przydatne dla zwierząt, takich jak ptaki i wieloryby, które wykorzystują pole magnetyczne Ziemi, aby znaleźć właściwy kierunek podczas migracji. Być może najważniejszą cechą ziemskiego pola magnetycznego jest to, że chroni nas przed wiatrem słonecznym i promieniowaniem słonecznym.
Kompas ma w sobie mały magnes. Strzałka zawsze wskazuje biegun północny.
.svg)
