Oleme kõik aeg-ajalt magnetitega mänginud. Allpool on katse selgitada salapärase magneti salajase sisemise töö aluseid.
Magnet on materjal või objekt, mis tekitab magnetvälja. See magnetväli on vastutav magneti omaduste eest: jõud, mis tõmbab teisi ferromagnetilisi materjale ja tõmbab ligi või tõrjub teisi magneteid. Püsimagnet on materjal, mis on valmistatud materjalist, mis magneeritakse ja loob oma püsiva magnetvälja. Magnetiseeritavaid materjale, mis tõmbavad tugevasti magneti juurde, nimetatakse ferromagnetilisteks. Ehkki ferromagnetilised materjalid on ainsad, mis tõmbavad magnetit piisavalt tugevalt, et seda tavaliselt magnetiliseks pidada, reageerivad kõik muud ained magnetväljale nõrgalt.
Mõned faktid magnetide kohta on järgmised:
- magneti põhjapoolus osutab geograafilise põhjapoolusele (lõunapoolsele magnetpoolusele), mis asub Kanadas Arktika ringi kohal.
- põhjapoolused tõrjuvad põhjapooluseid
- lõunapoolused tõrjuvad lõunapooluseid
- põhjapoolused meelitavad lõunapooluseid
- lõunapoolused meelitavad põhjapooluseid
- külgetõmbe- või tõrjumisjõud varieeruvad pöördvõrdeliselt sõltuvalt ruudust
- magneti tugevus varieerub erinevates kohtades
- kõige tugevamad on magnetid nende postide juures
- magnetid tõmbavad tugevalt terast, rauda, niklit, koobaltit, gadoliiniumi
- magnetid meelitavad veidi vedelat hapnikku ja muid materjale
- magnetid tõrjuvad kergelt vett, süsinikku ja boori
Magnetite töö mehaanika puruneb aatomitasemeni. Kui traadis voolab vool, tekib traadi ümber magnetväli. Vool on lihtsalt hunnik liikuvaid elektrone ja liikuvad elektronid moodustavad magnetvälja. Nii pannakse elektromagnetid tööle.
Aatomi tuuma ümber on elektronid. Teadlased arvasid, et neil on ümmargused orbiidid, kuid on avastanud, et asjad on palju keerulisemad. Tegelikult arvestavad elektronide mustrid ühes nendest orbitaalidest Schroedingeri lainevõrrandid. Elektronid hõivavad teatud kestad, mis ümbritsevad aatomi tuuma. Nendele kestadele on antud tähtnimed K, L, M, N, O, P, Q. Neile on antud ka numbrinimed, näiteks 1,2,3,4,5,6,7 (mõtle kvantmehaanikale). Kestis võivad esineda alamkehad või orbitaalid, tähtnimedega nagu s, p, d, f. Mõni neist orbitaalidest näeb välja nagu kerakujuline, mõni nagu liivakell, teised aga nagu helmed. K kest sisaldab s orbitaali, mida nimetatakse 1s orbitaaliks. L kest sisaldab s ja p orbitaali, mida nimetatakse 2s ja 2p orbitaaliks. M kest sisaldab s, p ja d orbitaali, mida nimetatakse 3s, 3p ja 3d orbitaaliks. N, O, P ja Q kestad sisaldavad mõlemad s, p, d ja f orbitaali, mida nimetatakse 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 6f, 7s, 7p, 7d ja 7f orbitaal. Nendel orbitaalidel on ka erinevaid alamorbitaale. Igaüks neist võib sisaldada ainult teatud arvu elektrone. Alamorbitaali võib hõivata maksimaalselt 2 elektroni, kus ühel on spin üles ja teisel spin alla. Samas sub-orbitaalis (Pauli välistamise põhiprintsiibis) ei saa olla kahte spinni ülespoole suunatud elektroni. Samuti, kui teil on alamorbitaalis elektronide paar, kustutavad nende ühendatud magnetväljad üksteise välja. Kui olete segaduses, pole te üksi. Paljud inimesed eksivad siin ja imestavad magnetite üle, selle asemel, et edasi uurida.
Ferromagnetilisi metalle vaadates on raske aru saada, miks need perioodilisel tabelil nende kõrval on, nii erinevad. Üldiselt on aktsepteeritud, et ferromagnetilistel elementidel on suured magnetmomendid, kuna nende välimisel orbitaalil on paarimata elektronid. Arvatakse, et ka elektroni spinn loob minutilise magnetvälja. Nendel väljadel on liitmõju, nii et kui saate hunniku neid välju kokku, moodustavad nad suuremad väljad.
Teema kokkuvõtteks teemal "kuidas magnetid töötavad?" On ferromagnetiliste materjalide aatomitel tavaliselt oma magnetväli, mille on loonud neid ümbritsevad elektronid. Väikesed aatomirühmad kipuvad orienteeruma samas suunas. Neid rühmi nimetatakse magnetiliseks domeeniks. Igal domeenil on oma põhjapoolus ja lõunapoolus. Kui raudatükki ei magneerita, ei suuna domeenid samasse suunda, vaid suunavad juhuslikult, kustutades üksteise välja ja takistades rauda põhja- või lõunapoolusel või magnetina. Kui sisestate voolu (magnetväli), hakkavad domeenid välimise magnetväljaga rivistama. Mida voolujoonelisem on, seda suurem on joondatud domeenide arv. Kui väline magnetväli muutub tugevamaks, joondub sellega üha enam domeene. Tekib punkt, kus kõik rauas olevad domeenid on joondatud välise magnetväljaga (küllastus), hoolimata sellest, kui tugevaks magnetväli tehakse. Pärast välise magnetvälja eemaldamist pöörduvad pehmed magnetmaterjalid juhuslikult orienteeritud domeenide juurde; siiski hoiavad kõvad magnetilised materjalid suurema osa oma domeenidest joondatud, luues tugeva püsimagneti. Niisiis, teil see on.
Oleme ajakirjale Space Magazine kirjutanud palju magneteid käsitlevaid artikleid. Siin on artikkel baarmagnetite kohta ja siin on artikkel supermagnetite kohta.
Kui soovite lisateavet magnetide kohta, siis vaadake lahedaid katseid magnetidega ja siin on link Wise Geeki artiklist supermagnetite kohta.
Samuti oleme salvestanud terve episoodi astronoomiaosast, mis rääkis kõigest magnetismist. Kuulake siin, episood 42: Magnetism kõikjal.
Allikad:
Tark geek
Vikipeedia: magnet
Vikipeedia: Feromagnetism
