preskoči na sadržaj

Magnetizam

Svaki objekt koji ispoljava magnetska svojstva nazivamo magnetom. Svaki magnet ima dva pola, u kojima je koncentrirana većina njegove snage. Ovi polovi označavaju se kao sjeverni i južni jer se magnet uvijek nastoji orijentirati u prostoru po liniji (meridijanu) koja spaja Zemljin sjeverni i južni pol.


Budući da magnet posjeduje dva pola, ponekad se naziva i magnetski dipol, analogno električnom dipolu koji posjeduje dva naboja – pozitivni i negativni. Svima je poznato da se istovrsni polovi različitih magneta međusobno odbijaju, dok se raznovrsni polovi privlače.

Još jedno zapaženo svojstvo magneta je da kad se magnet slomi na dva dijela sjeverni pol će se pojaviti na jednoj strani loma, dok će se južni pol pojaviti na drugoj strani loma. Novonastala dva komada magneta ponovo će imati vlastiti sjeverni i južni pol. Zapravo je nemoguće na magnetu izolirati samo jedan pol, koliko god puta lomili magnet odnosno koliko god malen on bio.

Studija magnetizma postavljena u 18. stoljeću dokazuje da je privlačna odnosno odbojna sila dvaju magnetskih polova izravno proporcionalna jakosti polova i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.

Učinak magnetske sile koja djeluje na udaljenost izražena je kroz pojam magnetskog polja. Magnetski polovi postavljaju oko sebe polje koje se sastoji od magnetskih silnica i koje djeluje određenom silom na magnetske predmete. Magnetske silnice određuju tok magnetskog polja.

Prema konvenciji, izviru na sjevernom magnetskom polu te tvore kružne krivulje koje završavaju na južnom magnetskom polu istog ili nekog drugog magneta. Gustoća magnetskih silnica određuje jakost magnetskog polja tako da je ta gustoća uvijek najveća blizu polova i smanjuje se s povećanjem udaljenosti.

Jednostavan pokus može dočarati magnetsko polje i njegove silnice. Ako raspršimo sitne čestice željeza, kao magnetskog materijala, na komad papira ispod kojeg se nalazi magnet, čestice željeza će es postaviti duž linija magnetskih silnica predočavajući njihov položaj.

Magnetski materijali

Riječ magnetizam nastao je od riječi Magnesia, naziva područja u Aziji, gdje je prije više od 2500 godina pronađen magnetit, vrsta stijene koja je imala neobično svojstvo privlačenja željeza. Željezo nije jedini materijal koji se lako magnetizira kada ga postavimo u magnetsko polje; materijali koji sadrže nikal i kobalt također imaju jaka magnetska svojstva. Navedene materijale svrstavamo u feromagnete – materijale koji imaju snažan odziv na magnetsko polje. Feromagneti se sastoje od takozvanih domena odnosno područja u kojima su sinkronizirani magnetski momenti. Pod utjecajem vanjskog magnetskog polja domene se međusobno sinkroniziraju.

Ako odmaknemo magnet, domene se vraćaju u prvobitan položaj i svojstvo magneta nestaje. Međutim, ako feromagnet postavimo u izuzetno jako magnetsko polje kroz duže vrijeme, domene će ostati trajno sinkronizirane i dobit ćemo trajni odnosno permanentni magnet.

Sposobnost materijala da se magnetizira kada se nađe u magnetskom polju izražava se veličinom relativne magnetske permeabilnosti. Feromagneti imaju relativnu magnetsku permeabilnost vrlo izraženu; ona za željezo iznosi oko 8000.

Mnogi materijali imaju vrlo malu sposobnost magnetiziranja kada se nađu unutar magnetskog polja, njihova relativna magnetska perbeabilnost nešto je veća od 1. Te materijale nazivamo paramagnetima. Nekoliko materijala, kao što su bizmut ili antimon, imaju svojstvo da ih magnetsko polje odbija te im je relativna permeabilnost manja od 1. Te materijale nazivamo dijamagnetima.

Feromagneti

Feromagnetizam je jedan od najjačih oblika magnetizma. Jako magnetsko polje feromagneta pojačava se kombinacijom svojstva individualnih atoma i svojstva kristalne strukture materijala. Na atomskom nivou, magnetske sile rastu zbog kretanja elektrona. Iako je atomski magnetni moment prisutan i kod paramagneta, magnetske sile su daleko jače kod feromagneta. Razlog tome nije razlika u atomskom magnetskom momentu, već u kristalnoj strukturi feromagneta. Međusobne veze uzrokuju sinkronizaciju magnetskih momenata susjednih atoma. To je potpuna suprotnost paramagnetima kod kojih su magnetski momenti slučajno orijentirani i tako se međusobno poništavaju (osim kad se nalaze u polju jakog magneta).

Paramagneti

Paramagneti su građeni od atoma kojima je zadnja orbitala nepopunjena. Postavljaju svoj dipolni moment u smjeru polja jer na taj način ostvaruju minimum potencijalne energije. Kod paramagneta se polje svakog atomskog dipola ponaša neovisno, bez međudjelovanja između pojedinih atomskih dipola.

Dijamagneti

Dijamagnetizam je jako slab oblik magnetizma koji se može registrirati samo uz prisustvo vanjskog magnetskog polja. Nastaje promjenom orbitalnog kretanja eletrona uslijed prinesenog magnetskog polja. Tako nastali magnetski moment jako je mali i smjerom suprotan od prinesenog polja. Kad se smjesti između dva pola jakog magneta, dijamagnetni materijal se postavlja u područje gdje je polje najslabije. Dijamagnetizam postoji kod svih materijala ali zbog male sile može se promatrati samo kod materijala koji nemaju ostala magnetska svojstva. Iznimka za "slabu" prirodu dijamagneta postoji kod velikog broja materijala koji postaju supervodiči, obično na vrlo niskim temperaturama. Supervodiči su odlični dijamagnetici i njihov električki otpor je nula.

Temelji magnetizma

Magnetska svojstva neke tvari definirana su kretanjem elektrona kao električki nabijene čestice po kružnoj putanji oko atoma. Posljedica kretanja elentrona oko atomske jezgre je stvaranje sićušnog magnetskog polja. U slučaju mnogih atoma, svi elektroni se pariraju unutar energetskih nivoa tako da elektroni u svakom paru imaju antiparalelno gibanje i njihova magnetska polja se stoga poništavaju. Međutim, kod nekih vrsta atoma postoji više elektrona koji se gibaju u jednom smjeru nego u drugom. Posljedica je stvaranje magnetskog polja atoma: ova situacija postoji kod paramagnetskih tvari.

Ako se ovakva tvar postavi u neko vanjsko magnetsko polje, njezini pojedinačni atomi nastojat će poravnati svoja magnetska polja s vanjskim. Međutim poravnanje se neće provesti do kraja te zbog toga paramagnetske tvari magnet slabo privlači. Kod feromagnetskih tvari također postoji više elektrona koji se okreću oko jezgre u jednom smjeru nego u drugom. Indvidiualna magnetska polja atoma u zadanom području (domeni) nastoje se poravnati u istom smjeru, pojačavajući tako opće magnetsko polje.

U nekom razmagnetiziranom feromagnetskom uzorku domene su različitih veličina i imaju različite orijentacije. Kada se uzorak postavi u vanjsko magnetsko polje, rast će domene čija je orijentacija u istom generalnom smjeru kao i vanjsko magnetsko polje, dok će ostale nestati.

Na kraju ostaju domene čiji je smjer potpuno jednak smjeru vanjskog magnetskog polja te daljnja magnetizacija feromagnetskog uzorka nije moguća bez obzira na to koliko je jako vanjsko magnetsko polje. Ako se vanjsko magnetsko polje tada smanji na nultu vrijednost, uzorak će i dalje zadržati nešto vlastitog magnetizma. Ovaj fenomen poznat je kao histereza.

Elektromagnetizam

Veza između magnetizma i elektriciteta otkrivena je početkom 19. stoljeća. Godine 1820. Oersted je otkrio da žica kroz koju prolazi električna struja pomiče iglu magnetskog kompasa, budući da se oko žice stvara magnetsko polje prouzročeno gibanjem električno nabijenih čestica. Također je otkriveno da su silnice magnetskog polja koje okružuje žicu kružne te da se, ako se žica formira u zavojnicu, magnetska polja pojedinih zavoja kombiniraju tako da se kroz jezgru zavojnice stvara snažno magnetsko polje. Dobiveno magnetsko polje nadalje se može pojačati dodavanjem komada mekog željeza ili nekog drugog feromagnetskog materijala u jezgru zavojnice. Dobiveni ustroj nazivamo elektromagnetom.

Slijedeći Oerstedovo otkriće, i drugi su znanstvenici (Biot, Savart i Ampere) istraživali različite magnetske efekte električne struje. Ampere je 1825. godine dokazao da magnet stvara silu na vodič kroz koji prolazi električna struja. Godine 1831. Faraday i Henry neovisno su otkrili da je moguće proizvesti električnu struju u vodiču mijenjajući magnetsko polje oko njega.

Ova pojava nazvana je elektromagnetskom indukcijom. Ovi efekti, zajedno sa spoznajom da električna struja proizvodi magnetsko polje, položili su temelje modernog doba. Električni generator, koji je omogućio da električna energija postane široko dostupna, te elektromotor koji pretvara električnu energiju u koristan mehanički rad, temelje se na prethodnim efektima.

 

Članak je izvorno objavljen u 102. broju časopisa Drvo znanja i nije ga dopušteno prenositi.

 

| 30. 8. 2016. u 11:56 sati | RSS | print | pošalji link |


Edu.hr portal CMS za škole CARNetova korisnička konferencija Elektronički identitet Edu.hr portal Forum CARNetovog Portala za škole namijenjen učenicima, nastavnicima i zaposlenicima hrvatskih škola Nacionalni portal za učenje na daljinu Moodle

Učenički radovi

Animacija Pravila za rad na siguran način pri strojnoj obradi

Industrijska strojarska škola iz Zagreba strukovna je škola i učenje je temeljeno na radu pa je kultura sigurnosti iznimno važna. Između ostalih aktivnosti vezanih za kulturu sigurnosti i zaštite zdravlja...

Nastavni materijali

Kako učiti?

Savjeti o tome kako učiti i literatura za daljnje čitanje.

533. - bizantski vojskovođa Belizar, jedan od najvećih vojnih stratega...

Copyright © 2010 CARNET. Sva prava pridržana | Uvjeti korištenja | Impressum

A A A  |  

Mail to portal@CARNET.hr




preskoči na navigaciju
admin@raspored-sati.hr www-root@raspored-sati.hr ivan@raspored-sati.hr ivana.tolj@raspored-sati.hr marko.horvatovic@raspored-sati.hr www-root@donja-dubrava.hr analiza@donja-dubrava.hr pretinac@donja-dubrava.hr pajo.pajic@donja-dubrava.hr coran.goric@donja-dubrava.hr ivana@donja-dubrava.hr marijana@marijana-tkalec1.from.hr marijana.tkalec@marijana-tkalec1.from.hr mt@marijana-tkalec1.from.hr http://marijana-tkalec1.from.hr http://web.marijana-tkalec1.from.hr http://www.marijana-tkalec1.from.hr