מה הופך למגנט חומרי?

תוֹכֶן

• איך מתרחש מגנטיות
• אין חומרים מגנטיים באופן טבעי
• כיצד נמדדת חוזק מגנטי
• מדוע כדור הארץ הוא מגנטי
• הפכים נמשכים

לא סתם חומר יכול להיות מגנטי. למעשה, מכל האלמנטים הידועים, רק קומץ הוא בעל יכולת מגנטית והם משתנים לפי דרגה. המגנטים החזקים ביותר הם אלקטרומגנטים, הזוכים בכוחם האטרקטיבי רק כאשר הזרם עובר דרכם. זרם הוא תנועת אלקטרונים, ואלקטרונים הם אלו שהופכים את החומרים למגנטיים. ישנם חומרים מרוכבים המגנטיים, המכונים בדרך כלל חומר ברזליות, אם כי הם אינם חזקים כמו אלקטרומגנטים.

איך מתרחש מגנטיות

במילים פשוטות, מגנטיות היא הכל על האלקטרונים. אלקטרונים קטנים מחלקיקים מיקרוסקופיים המסתובבים סביב גרעין האטום. כל אלקטרון מתנהג כמו מגנט זעיר משלו עם קוטב צפון וצפון. כאשר האלקטרונים של האטום מסודרים לאותו כיוון, או כולם מכוונים צפונה או כולם מכוונים דרומה, האטום הופך להיות מגנטי. ומכיוון שאלקטרונים מסתובבים או מסתובבים סביב גרעין האטום, יתכן שגם לאטום יש שדה מגנטי כאשר הקטבים אינם כולם בכיוון זה בגלל ספינינגם של האלקטרונים, מה שהופך את האטום לדומה לאלקטרומגנט.

אין חומרים מגנטיים באופן טבעי

אין אלמנטים סטטיים המגנטיים באופן טבעי. ישנם חומרים שנמשכים ביתר שאת על ידי שדות מגנטיים. החומרים שנמשכים הכי חזק לשדה מגנטי הם ברזל ופלדה. עם זאת, ישנן תערובות חומרים נדירים מעשה ידי אדם אשר מסייעים להפוך לאלקטרומגנטיות על ידי חשיפה לשדה מגנטי חזק ומחזיקים במטען אלקטרומגנטי למשך תקופות ארוכות. בשל יכולתם להחזיק שדה מגנטי לפרקי זמן ארוכים הם נחשבים למגנטים קבועים. שני החומרים המגנטיים החזקים ביותר לצמיתות הם ברזל-ניאודימיום בורון ואלומיניום-ניקל קובלט.

כיצד נמדדת חוזק מגנטי

קשה להסביר בדיוק את תחום המגנטיקה מכיוון שיש הרבה שהמדע עדיין לא מבין לגבי שדות מגנטיים. במילים פשוטות, שדות מגנטיים חזקים נמדדים בטסלה, והשדות המגנטיים הנפוצים והחלשים בהרבה שנמצאים בדברים כמו רמקולים סטריאו נמדדים בגאוס. כדי לבצע טסלה אחת, לוקח 10,000 Gauss.

דרך קלה יותר לתאר זאת היא לחשוב על משיכה כבידתית. כוח המשיכה של כדור הארץ נחשב כטסלה 1 או כ 10,000 10,000. אתה יכול לחשוב על הכוח המגנטי של גאוס כמשקל, או על כמות הכוח המופעלת על ידי משיכה כבידה. יידרשו 50 נוצות כדי להגיע לשווי כוח של 1 שנמדד כמשקל, או במקרה זה, משיכה מגנטית. משקל וכוח מגנטי אינם משווים ישירות אך הם מוצעים כדוגמא לתת תחושה של משיכה או כוח מגנטי של גאוס.

מדוע כדור הארץ הוא מגנטי

מדענים יודעים כי לכדור הארץ יש תכונות מגנטיות מכיוון שפיסת פלדה או ברזל צפה חופשית תמיד תצביע על צפון מגנטי. כאן מתכנסים כל קווי האורך בקוטב הצפוני. אמנם לא ניתן להפעיל כוח מגנטי על מרבית הנוזלים, אך ניתן להעביר אותו לליבה של כדור הארץ, המורכב מברזל מותך. וזה מחזיר אותנו לאלקטרונים מסתובבים. ככל שכדור הארץ מסתובב על צירו, כך גם ליבת הברזל המותכת שלה וכל האלקטרונים הטעונים שלהם חשמלי, היוצרים שדה מגנטי. השמש מסתובבת גם על ציריה, והחומר שלה כפלזמה (בדומה לעקביות נוזלית) יוצר את השדה המגנטי שלה.

הפכים נמשכים

כמו מוטות מגנטיים דוחים זה את זה בעוד שקטבים מגנטיים מנוגדים מושכים. מגנטים נמשכים באופן טבעי לשדות מגנטיים גבוהים יותר. חשוב על שני מגנטים, אחד ב 10 טסלה ואחד על 1 טסלה. מגנט 10 הטסלה מפעיל שדה מגנטי חזק יותר. פיסת חומר מגנטי, הממוקמת באופן שווה משני המגנטים, תימשך לחזקה שבשני השדות המגנטיים. לכן כששני מגנטים של קוטביות דומה מתקרבים זה לזה, הם נראים דוחפים או מודחים כאשר למעשה הם מחפשים שדה מגנטי גבוה יותר. במילים אחרות, נראה כי שני מגנטים המכוונים לצפון נהדפים מכיוון שהם נמשכים למעשה על ידי השדה המגנטי ההפוך לדרום.