Magnet

Magnet je látka, uvnitř které se nachází pohyblivé elektrické náboje. Tyto náboje svým pohybem vytváří elektrické proudy. Pohyb těchto částic ovlivňuje i své okolí. Vytváří něco jako vír. Takto aktivní okolí nazýváme magnetickým polem.

Magnetické pole snadno znázorníme střelkou z kompasu. Ta je totiž lehounká, snadno se okolním prostředím zmagnetizuje a může se volně pohybovat. Ukáže nám tak, kudy směřují magnetické proudy. Všimněme si rozdílu uvnitř magnetu a v jeho okolí. Písmenka N a S znamenají „North“ – sever a „South“ – jih. Mají za úkol odlišit magnetické póly.

Objev a první použití kompasu

První zmínky o magnetismu pocházejí z antického Řecka, kde lidé objevili magnetit, přírodní magnetický kámen. Název „magnetit“ je údajně odvozen od města Magnésie v Malé Asii, kde byl tento minerál nalezen.

Magnetismus byl poprvé prakticky využit ve starověké Číně kolem 4. století př. n. l., kdy byly magnetity používány k výrobě primitivních kompasů. Tyto kompasy pomáhaly s orientací při stavbě a později také při navigaci na moři.

5 zajímavostí o magnetu

1. Země je obří magnet
   Země má své vlastní magnetické pole, které vzniká pohybem roztaveného železa ve vnějším jádru planety. Toto pole chrání Zemi před škodlivým kosmickým zářením a tvoří základ polární záře.
2. Magnety mohou ztratit svou sílu
   Magnety mohou ztratit svou magnetickou sílu, pokud jsou vystaveny vysokým teplotám, silným nárazům nebo jiným magnetickým polím. To narušuje uspořádání magnetických domén uvnitř materiálu.
3. Existují přírodní magnety
   Magnetit (magnetovec) je přírodní minerál, který se chová jako magnet. Je to jedna z prvních látek, které lidé využívali k detekci magnetického severu, a tvořil základ raných kompasů.
4. Každý magnet má dva póly
   Každý magnet má severní a jižní pól. Pokud magnet rozdělíte na menší části, každá z těchto částí bude mít svůj vlastní severní a jižní pól – nedokážeme vytvořit „jednopólový magnet“.
5. Magnety ve vesmíru
   Neutronové hvězdy, zejména tzv. magnetary, mají nejsilnější známá magnetická pole ve vesmíru. Tato pole jsou miliardy až biliony krát silnější než magnetické pole Země a mohou ovlivnit i molekulární strukturu hmoty.

Jak velou silou působí magnet?

Velikosti této síly říkáme Přídržná síla magnetu. Je to maximální síla, kterou může magnet tahat nebo tlačit.

– F je síla [N]
– S je průřez magnetu [m²]
– B je magnetická indukce pole magnetu [T]
– μ₀ je permeabilita vakua [H/m] = 1,25663706127.10⁻⁶ N.A⁻²

Pokud magnetem zvedáme závaží o hmotnosti m, je maximální hmotnost dána vztahem:

– Měření magnetické síly – pracovní list

2 minuty o magnetu

Přepis:

Magnety lze vytvořit buď vedením proudu dráty, nalezením vhodného materiálu, který přirozeně disponuje zarovnanými magnetickými poli svých atomů, nebo nucením atomových magnetických polí, aby se zarovnala.

Existuje však ještě jeden druh magnetismu, který vykazují všechny materiály, dokonce i ty, jejichž atomy nejsou magnetické – i když je tak slabý, že jej ostatní druhy magnetismu obvykle překonají. V podstatě vnější magnetické pole způsobí, že elektrony kolem atomů v materiálu změní svůj pohyb, a jejich nově vzniklý pohyb vytvoří opačné magnetické pole. Toto pole je velmi slabé, ale způsobuje, že je materiál od magnetu mírně odpuzován – například pokud zavěsíte dřevěné párátko do magnetického pole, jeho konce budou odpuzovat pole a nakonec se párátko zarovná napříč magnetickým polem.

Toto je užitečná pomůcka pro zapamatování názvu tohoto druhu magnetismu – diamagnetismus – protože „dia“ znamená napříč, jako průměr („diameter“) měřený napříč kruhem. Diamagnetické materiály odpuzují magnet, a diamagnetický „kompas“ ukáže napříč magnetickým polem – tedy orientací východ/západ.

I přes svou slabost je diamagnetismus úžasný právě díky svému odpudivému účinku: jakýkoli diamagnetický materiál bude levitovat v dostatečně silném magnetickém poli! Například tento kus grafenu, nebo – protože voda je diamagnetická – tato žába. V zásadě by takto mohli být levitováni i lidé, ačkoli by to vyžadovalo enormně silná magnetická pole.

Existuje také mnoho nuancí, které jsme přeskočili – například fakt, že dusík je diamagnetický, i když má jako atom nepárové elektrony – člověk by si mohl myslet, že by měl být alespoň paramagnetický. Ale atomy dusíku se vážou a tvoří molekuly N₂, které mají plné vnější elektronové slupky, a jsou tedy pouze diamagnetické. Na druhou stranu molekulární O₂, jak jsme viděli, má stále nepárové elektrony, a je proto paramagnetický.

Pravděpodobně jste také viděli, jak supravodiče mohou levitovat v magnetickém poli, což je druh dokonalého diamagnetismu – nejenže proudy v supravodiči vytvářejí opačná magnetická pole, ale také z materiálu zcela vytlačují magnetická pole. Hlavní příčina je však úplně jiná, a to je příběh na jindy.