Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Permanentní magnety jsou látky, které mají trvalou magnetickou sílu. Konce permanentních magnetů se nazývají póly. Každý magnet má dva póly: severní (N) a jižní (S). Na některých magnetech jsou označeny dvěma barvami (nejčastěji modrou a červenou).
Permanentní magnety, na rozdíl od elektromagnetů, nepotřebují k vytvoření svého magnetického pole elektřinu. Permanentní magnety se vždy skládají z feromagnetických materiálů, jejichž elementární magnety, atomové spiny, jsou během procesu magnetizace vyrovnány paralelně. To se může stát, když jsou roztavené feromagnetické horniny ochlazovány.Takovou horninu (magnetity) historicky našli staří Řekové u města Magnesia (město v Malé Asii). Město Magnesia je tedy historickým eponymem magnetismu.
Malé permanentní magnety se používají k uchopení malých kovových částí nebo připevnění lehkých předmětů na magnetické tabule. Například hroty některých šroubováků jsou magnetizované, což umožňuje držet kovový šroub v otočné štěrbině. Permanentní magnety se používají i tam, kde je potřeba vytvořit elektrický proud v malých generátorech pomocí elektromagnetické indukce. Příkladem toho je dynamo jízdního kola.
Jak magnety interagují s jinými předměty?
Dokonce i starověký řecký vědec Thales z Milétu si všiml, že předměty vyrobené z magnetitu interagují s předměty obsahujícími železo.
Přivedením magnetu na předměty vyrobené z různých materiálů lze zjistit, že jen velmi málo z nich je magnetem přitahováno.Litina, ocel, železo a některé slitiny jsou dobře přitahovány magnetem, nikl a kob alt jsou mnohem slabší. Obecně platí, že tělesa z neželezných kovů, jako je měď, hliník a další, magnety nepřitahují.
Permanentní magnety mohou přitahovat feromagnetické látky (jako je železo) nebo se navzájem odpuzovat na stejných pólech (severní pól k severnímu pólu, jižní pól k jižnímu pólu). Ve skutečnosti těla, která zůstávají zmagnetizovaná po dlouhou dobu, jsou permanentní magnety nebo jen magnety.
Severní pól permanentního magnetu přitahuje jižní pól jiného permanentního magnetu a naopak. Mezi stejnojmennými póly (severní pól k severnímu pólu, jižní pól k jižnímu pólu) působí naopak odpudivé magnetické síly.
Rýže. 1. Permanentní magnety
Permanentní magnety však lze získat i uměle. V tomto procesu jsou silné feromagnetické kovy, obvykle slitiny jako samarium-kob alt, magnetizovány silným vnějším magnetickým polem.Tento magnetizační proces vykazuje tzv. hysterezi, tedy nesymetrické chování materiálu, když se vnější magnetické pole zvětšuje a poté zmenšuje. K hysterezi dochází, protože vyrovnání elementárních magnetů ve feromagnetiku je stabilizováno výměnnou interakcí, takže materiál, který již byl zmagnetizován, má jiné vlastnosti než feromagnet, který ještě nebyl zmagnetizován.
Vlivem hystereze zůstává magnetické pole ve feromagnetiku, i když je vnější magnetické pole vypnuto. Zmagnetizovaný materiál se tak stává permanentním magnetem. Zbývající hustota magnetického toku se nazývá remanence.
Magnetické pole permanentních magnetů.
Magnety interagují nejen s jinými předměty, ale také mezi sebou navzájem. Prostor kolem magnetu, ve kterém působí magnetické síly, se nazývá magnetické pole.
Totiž, když přiblížíte červený severní pól tyčového magnetu k severnímu pólu druhého rotujícího magnetu, pak se severní pól tohoto magnetu odkloní od severního pólu tyčového magnetu, funguje to jako síla mezi dvěma severními póly magnetů a dvěma stejnými póly se navzájem odpuzují.
Pokud se naopak zelený jižní pól tyčového magnetu přiblíží k červenému severnímu pólu rotujícího magnetu, severní pól se otočí směrem k jižnímu pólu tyčového magnetu. Mezi dvěma různými póly také působí síla. Dva různé póly se k sobě přitahují.
V obou případech platí: pokud tyčový magnet opět vyjmete, rotující magnet se vrátí do původní polohy. Platí: čím větší je vzdálenost mezi póly, tím menší je síla a tím i výchylka magnetu.
Silové působení mezi póly magnetů
Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.Pomocí železných pilin si můžete udělat představu o podobě magnetického pole permanentních magnetů. Obrázek 2 poskytuje představu o vzoru magnetického pole tyčového magnetu. Jak magnetické čáry magnetického pole elektrického proudu, tak magnetické čáry magnetického pole magnetu jsou uzavřené čáry.Vně magnetu vystupují magnetické čáry ze severního pólu magnetu a vstupují do jižního pólu a uzavírají se uvnitř magnetu, stejně jako magnetické čáry elektrické cívky.
Rýže. 2. Experimentujte se železnými pilinami, které jsou umístěny podle siločar magnetického pole tyčového magnetu
Co se stane, když se pokusíme rozdělit jeden magnet na dva? Zopakujeme-li pokusy s každým z dílků, zjistíme, že kolem každého z nich je magnetické pole. Ukázalo se, že z jednoho magnetu vznikly dva magnety. Nikdy nemůžeme získat jeden magnetický pól. V důsledku toho jsou magnetické póly v magnetech vždy uspořádány v párech.
Demagnetizace.
Demagnetizace permanentním magnetem je možná pod vlivem tepla, silných mechanických vibrací nebo silného vnějšího magnetického pole.
Zatímco elektromagnet lze vypnout pouhým vypnutím elektrického proudu a polaritu lze obrátit obrácením směru elektrického proudu, permanentní magnet není možné „vypnout“. Odtud pojem "trvalý" .
Permanentní magnet zůstává magnetický, dokud není vyrovnání atomových spinů opět narušeno vnějšími vlivy (teplo, silné otřesy, magnetická pole). Potom magnetické síly zmizí a materiál musí být znovu zmagnetizován. V extrémních případech může dojít i k poškození materiálu. Proto má každý permanentní magnet maximální provozní teplotu. Při překročení této teploty může dojít k poškození. Nad Curieovou teplotou specifickou pro materiál je magnet tak jako tak zcela demagnetizován.
Síla magnetického pole permanentního magnetu.
Síla magnetického pole permanentního magnetu závisí na použitém materiálu a také na přesnosti, s jakou je magnetizace materiálu provedena. Magnetizace vede k vysoké remanenci pouze tehdy, je-li dosaženo úplného vyrovnání všech atomových spinů. To vyžaduje vhodné materiály a technické know-how.
Jak popisují Maxwellovy rovnice – magnetická pole vždy pocházejí z pohybujících se nábojů. Pohybem náboje vznikají pouze magnetická pole, která vždy vytvářejí magnetické pole se severním a jižním pólem.
Síly magnetického pole permanentních magnetů se vysvětlují mikroskopickým pohybem nábojů v hmotě. Například elektrony v atomech se pohybují velkou rychlostí. Elektrony mají charakteristický spin elektronů. Z celkového stavu pohybu elektronů vzniká magnetický moment a tím i síla magnetického pole.
Magnetické síly vždy působí podél magnetického pole. To může být znázorněno siločárami. Siločáry také ukazují směr a velikost magnetických sil.
Rýže. 3. Magnetické pole permanentního magnetu
Na obrázku 3 můžete vidět, že smyčka vodiče s elektrickým proudem (vlevo) vytváří magnetické pole. Velikost tohoto magnetického pole se měří magnetickým momentem. Ve feromagnetickém materiálu (střed obrázku) je mnoho magnetických momentů. Pokud jsou všechny zarovnány paralelně, vznikne permanentní magnet. Permanentní magnet má magnetické pole stejné jako cívka.Na obrázku je schematicky znázorněno pouze několik magnetických siločar.
Permanentní magnety lze vyrobit v široké škále tvarů. Například magnet podkovy je znázorněn na obrázku 3 vpravo. V podkovovém magnetu jsou severní a jižní póly proti sobě. Protože magnetické siločáry jsou vždy uzavřeny jako celek, probíhají v materiálu od severního pólu k jižnímu pólu a poté zpět k severnímu pólu. Ve vzdušném prostoru podkovovitého magnetu to má za následek rovnoměrné magnetické pole se siločárami probíhajícími rovnoběžně mezi póly.