Магнетно поље сталних магнета и магнетно поље Земље – обрада

Нумерисано по слајдовима у презентацији.

Шта су магнети? 

Шта је то магнетно поље?

Како настаје и како изгледа магнетно поље?

Интеракција путем магнетног поља.

Магнетно поље Земље.

Магнетно поље Сунца.

Људи су давно уочили да гвоздена руда магнетит (〖Fe〗_3 O_4 ) привлачи гвожђе. Магнетит је природни магнет и једини који налазимо у природи. На слици је приказана руда магнетита.

У свакодневном животу користе се вештачки стални магнети израђени од челика са додатком никла и кобалта који се накнадним поступком намагнетишу. Сталне магнете зовемо још и тврдим магнетицима. Примери за ове магнете су разни, од оних у звучницима и слушалицама, магнетима које доносимо са путовања и лепимо за фрижидер. Често виђамо магнете у облику потковице, као на слици, или шипке, а сви смо имали прилику да видимо магнетну иглу у компасу.

Поред сталних имамо и привремене магнетике. То су гвожђе, кобалт и никл. Они се понашају као магнети само када су у близини сталних магнета. Када убацимо стални магнет међу ексере видимо да се ексери лепе једни за друге све док не уклонимо магнет. Сви ексери у близини магнета добију магнетна својства. Привремене магнетике зовемо још и меким магнетицима.

Заједничко за све магнете је да имају два магнетна пола, северни који обележавамо са великим латиничним словом N (eng. North) и јужни који обележавамо са великим латиничним словом S (eng. South).

Магнети се често израђују у облику игле, шипке и потковице. На слици видимо како изгледају ти магнети. Северни магнетни пол обично се боји у црвену боју, а јужни магнетни пол у плаву.

Немогуће је направити материјал који има само један пол. 

Ако преполовимо било који стални магнет у њему ће се опет формирати два магнетна пола. 

Магнети имају особину да у простору око себе стварају магнетно поље.

Магнетно поље је невидљиво али се манифестује по магнетној сили која делује на  друге магнете, одређене материјале (гвожђе, челик, кобалт, никл) и наелектрисане честице које се крећу. На слици видимо изглед магнетног поља. Изнад магнета је постављен папир и на папир су нанесени ситни комадићи гвожђа. Када протресемо папир комадићи гвожђа се распореде дуж линија магнетног поља.

Магнетно поље може бити хомогено, где је иста јачина магнетног поља у свакој тачки поља и хетерогено, где се јачина поља разликује од тачке до тачке. Хомогено магнетно поље добија се само у посебним конфигурацијама магнета које ћемо видети касније.

Магнетно поље представљамо линијама силе магнетног поља. На слици можемо да видимо како изгледају те линије силе магнетног поља.

По договору, линије силе магнетног поља извиру из северног магнетног пола и увиру у јужни магнетни пол и то обележавамо са стрелицом на свакој линији поља. Тамо где су линије поља гушће, поље је јаче и обрнуто, тамо где су линије поља ређе поље је слабије. Видимо на слици да су линији поља најгушће на крајевима магнета, док на средини магнета нема линија поља, па ту нема ни магнетног дејства.

Линије силе магнетног поља су увек затворене непрекидне линије које се никада не пресецају.

Поред сталних магнета о којима смо до сада говорили, око себе магнетно поље стварају и сви проводници кроз које протиче електрична струја. Овакве магнете зовемо електромагнети.

У суштини, магнетно поље настаје увек услед кретања наелектрисаних честица које својим кретањем стварају магнетно поље. Било да се ради о електрону или протону који се креће, он ће стварати магнетно поље око себе, али ће смер линија магнетног поља зависити од наелектрисања. Ова тврдња лежи у основи свих магнетних појава. Значи, наелектрисане честице поред електричног поља које стварају око себе, имају особину да услед кретања стварају и магнетно поље. На слици видимо како изгледа магнетно поље које стварају електрони који протичу кроз проводник. Линије магнетног поља су концентричне кружнице око проводника. На другој слици видимо како изгледа поље соленоида. Оваква конфигурација проводника омогућава формирање изузетно јаког и хомогеног магнетног поља у унутрашњости соленоида што лако уочавамо по густини линија.

Ако се комад меког гвожђа унесе у магнетно поље понаша се као стални магнет. Када уклонимо магнетно поље гвожђе губи магнетна својства. Ова појава зове се магнетна инфлуенција.

Ако се комад челика унесе у магнетно поље, остаје трајно намагнетисан.

Погледајмо сада како изгледа интеракција два стална магнета путем магнетног поља. Поставићемо магнете тако да се привлаче, односно северни магнетни пол левог магнета окренућемо ка јужном магнетном полу десног магнета. Видимо да линије силе извиру из Н и улазе у С. Ове линије силе привлаче један магнет према другоме.

Погледајмо сада како изгледа интеракција два стална магнета када су они постављени тако да се одбијају. Северни магнетни пол левог магнета окренут је ка северном магнетном полу десног магнета. У овом случају линије силе магнетног поља извиру из оба магнета и међусобно се одбијају што доводи до одбијања самих магнета. Јасно видимо на средишњој линији како су линије усмерене једна против друге.

Сваки од наведених сталних магнета састоји се од елементарних магнета, атома супстанције. Ове магнете зовемо магнетни диполи.

Кретање електрона у електронском омотачу атома представља електричну струју која ствара магнетно поље око атома.

Код несталних магнета магнетни диполи нису оријентисани. 

До намагнетисавања долази када спољашње магнетно поље оријентише елементарне магнете дуж линија магнетног поља. На слици видимо коцку од гвожђа у којој су магнетни диполи насумично оријентисани. Ако поставимо ову коцку у магнетно поље, као што је поље између ова два стална магнета, долази до оријентисања магнетних дипола у правцу спољашњег магнетног поља. Како су сада диполи оријентисани на исти начин, њихова појединачна магнетна поља се сабирају и материјал око себе формира магнетно поље.

Наша планета Земља око себе формира магнетно поље услед усмереног кретања наелектрисаних честица које чине магму у унутрашњости. На анимацији видимо како изгледа унутрашњост планете Земље. У средишту планете налази се ужарено језгро које својим кретањем ствара магнетно поље око Земље. 

Планета Земља ствара огромно магнетно поље које се протеже хиљадама километара у свемир и штити нас од штетног сунчевог зрачења. Сунчево зрачење великим делом састоји се од наелектрисаних честица које услед кретања формирају сопствено магнетно поље које интерагује са земљиним магнетним пољем. Ове наелектрисане честице скрећу са првобитне путање и већим делом заобилазе земљу. Један део честица бива скренут ка магнетним половима и изазива емисију светлости близу магнетних полова коју зовемо Аурора бореалис.

Сунчево зрачење великим делом састоји се од наелектрисаних честица које услед кретања формирају сопствено магнетно поље које интерагује са земљиним магнетним пољем. Ове наелектрисане честице скрећу са првобитне путање и већим делом заобилазе земљу. Један део честица бива скренут ка магнетним половима и изазива емисију светлости око магнетних полова коју зовемо Аурора бореалис.

Магнетни полови Земље су обично лоцирани близу географских полова.

Карактеристично за Земљине магнетне полове је да се полако крећу и да замене места после дужег времена. 

Јужни магнети пол налази се близу северног географског пола, а северни магнетни пол близу јужног географског пола као што то можемо видети на слици. Иако се не поклапају, можемо искористити магнетне полове за оријентацију и саобраћај али морамо стално водити рачуна о променама положаја магнетног поља. Врло лако можемо и закључити како функционише компас. Магнетна игла компаса увек се оријентише дуж линија силе магнетног поља као што то можемо видети на слици.

Највеће магнетно поље у нашој близини има Сунце. У Сунцу стално су присутна струјања наелектрисаних честица испод површине. Ове струје генеришу изузетно јака магнетна поља.

На Сунцу лепо можемо видети како се крећу наелектрисане честице у магнетном пољу. Тачно се види како извиру из једног магнетног пола и увиру у други.