[/caption]
Всички сме си играели с магнити от време на време. Всеки път, когато го правите, вие се питате „как работят магнитите?“ Много от нас разбират, че магнитите имат два различни заряда и че подобните заряди се отблъскват един друг, но това все още не обяснява как работи магнитът. По-долу е опит да се обяснят основите зад тайната вътрешна работа на мистериозния магнит.
Магнитът е всеки материал или обект, който произвежда магнитно поле. Това магнитно поле е отговорно за свойството на магнита: сила, която дърпа други феромагнитни материали и привлича или отблъсква други магнити. Постоянният магнит е обект, направен от материал, който е намагнетизиран и създава свое собствено постоянно магнитно поле. Материалите, които могат да бъдат намагнетизирани, които са силно привлечени от магнит, се наричат феромагнитни. Въпреки че феромагнитните материали са единствените, привлечени от магнит достатъчно силно, за да се считат за магнитни, всички други вещества реагират слабо на магнитно поле.
Някои факти за магнитите включват:
- северният полюс на магнита сочи към геомагнитния северен полюс (южен магнитен полюс), разположен в Канада над Арктическия кръг.
- северните полюси отблъскват северните полюси
- южните полюси отблъскват южните полюси
- северните полюси привличат южните полюси
- южните полюси привличат северните полюси
- силата на привличане или отблъскване варира обратно пропорционално на квадратурата на разстоянието
- силата на магнита варира на различни места върху магнита
- магнитите са най-силни на своите полюси
- магнитите силно привличат стомана, желязо, никел, кобалт, гадолиний
- магнитите леко привличат течен кислород и други материали
- магнитите леко отблъскват вода, въглерод и бор
Механиката на това как работят магнитите наистина се разпада чак до атомно ниво. Когато ток тече в проводник, около проводника се създава магнитно поле. Токът е просто куп движещи се електрони, а движещите се електрони създават магнитно поле. Ето как електромагнитите са създадени да работят.
Около ядрото на атома има електрони. Учените са смятали, че имат кръгови орбити, но са открили, че нещата са много по-сложни. Всъщност моделите на електрона в една от тези орбитали отчитат вълновите уравнения на Шрьодингер. Електроните заемат определени обвивки, които обграждат ядрото на атома. На тези черупки са дадени буквени имена K,L,M,N,O,P,Q. Те също са получили имена на числа, като 1,2,3,4,5,6,7 (помислете за квантовата механика). В рамките на обвивката може да има подчерупки или орбитали с имена на букви като s,p,d,f. Някои от тези орбитали изглеждат като сфери, други като пясъчен часовник, трети като мъниста. Обвивката K съдържа s орбитала, наречена 1s орбитала. Обвивката L съдържа s и p орбитала, наречена 2s и 2p орбитала. Обвивката M съдържа s, p и d орбитала, наречена 3s, 3p и 3d орбитала. Обвивките N, O, P и Q съдържат орбитали s, p, d и f, наречени 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 6f, 7s, 7p, 7d и 7f орбитала. Тези орбитали също имат различни подорбитали. Всеки може да съдържа само определен брой електрони. Максимум 2 електрона могат да заемат подорбитала, където единият има спин нагоре, другият има спин надолу. Не може да има два електрона със завъртане нагоре в една и съща подорбитала (принципът на изключване на Паули). Освен това, когато имате двойка електрони в подорбитала, техните комбинирани магнитни полета ще се компенсират взаимно. Ако сте объркани, не сте сами. Много хора се губят тук и просто се чудят за магнити, вместо да проучват допълнително.
Когато погледнете феромагнитните метали, е трудно да разберете защо те са толкова различни от елементите до тях в периодичната таблица. Общоприето е, че феромагнитните елементи имат големи магнитни моменти поради несдвоени електрони във външните им орбитали. Смята се също, че въртенето на електрона създава малко магнитно поле. Тези полета имат комбиниращ ефект, така че когато съберете куп от тези полета заедно, те се добавят към по-големи полета.
За да приключим нещата с „как работят магнитите?“, атомите на феромагнитните материали са склонни да имат собствено магнитно поле, създадено от електроните, които ги обикалят. Малките групи от атоми са склонни да се ориентират в една и съща посока. Всяка от тези групи се нарича магнитен домен. Всеки домейн има свой собствен северен и южен полюс. Когато парче желязо не е намагнетизирано, домейните няма да сочат в една и съща посока, а ще сочат в произволни посоки, анулират се взаимно и не позволяват на желязото да има северен или южен полюс или да бъде магнит. Ако въведете ток (магнитно поле), домейните ще започнат да се изравняват с външното магнитно поле. Колкото по-ток се прилага, толкова по-голям е броят на подравнените домейни. Тъй като външното магнитно поле става по-силно, все повече и повече домейни ще се изравнят с него. Ще има точка, в която всички домейни в желязото са подравнени с външното магнитно поле (насищане), без значение колко по-силно е магнитното поле. След отстраняване на външното магнитно поле, меките магнитни материали ще се върнат към произволно ориентирани домейни; обаче твърдите магнитни материали ще поддържат повечето от своите домейни подравнени, създавайки силен постоянен магнит. И така, ето го.
Написахме много статии за магнити за Universe Today. Ето статия за магнитите за ленти, а ето и статия за супер магнити .
Ако искате повече информация за магнитите, вижте някои страхотни експерименти с магнити , а ето и връзка към статия за супер магнити от Мъдър маниак .
Записахме и цял епизод на Astronomy Cast за магнетизма. Слушай тук, Епизод 42: Магнетизъм навсякъде .
Източници:
Мъдър маниак
Уикипедия: Магнит
Уикипедия: Феромагнетизъм
