Magnesy, ferromagnetyki i ziemskie pole magnetyczne

Potrzebne wiadomości: Siły i kierunki w przestrzeni.

Bieguny i linie

Jednoimienne bieguny się odpychają, różnoimienne przyciągają. Na zewnątrz magnesu linie pola rysujemy od N do S, wewnątrz wracają od S do N: tworzą zamknięte przebiegi. Igła kompasu ustawia się zgodnie z lokalnym polem, a jej biegun N wskazuje jego zwrot. Linie są umownym opisem, nie materialnymi włóknami.

Ziemia ma pole magnetyczne, którego oś nie pokrywa się dokładnie z osią geograficzną. Określenie geograficznej północy nie jest definicją magnetycznego bieguna N magnesu. Lokalnie znaczenie mają też skały, metalowe przedmioty i prądy elektryczne, dlatego kompas przy stalowym elemencie może nie wskazywać oczekiwanego kierunku.

Magnes nie jest pudełkiem z dwoma osobnymi biegunami

W prostym modelu namagnesowanej sztabki jej wewnętrzne obszary tworzą uporządkowaną odpowiedź magnetyczną. Przecięcie nie rozdziela dodatniego i ujemnego ładunku magnetycznego tak, jak moglibyśmy rozdzielić dwa przedmioty. Na nowych powierzchniach powstają końce dwóch mniejszych magnesów, z których każdy ma N i S.

Linie na zewnątrz biegną od N do S, ale wewnątrz zamykają się w przeciwną stronę. Rysunek tylko zewnętrznych łuków jest fragmentem opisu. Nie należy interpretować bieguna jako miejsca, w którym linia fizycznie zaczyna istnieć z niczego.

Jak narysować kierunek wskazywany przez kompas?

Najpierw zaznacz pole w miejscu igły. Północny koniec igły ustawia się zgodnie z jego zwrotem, a nie zawsze w kierunku napisu „północ” na mapie. Jeżeli w pobliżu jest przewód z prądem, igła reaguje na sumę pola Ziemi i przewodu.

Wyobraźmy sobie dwa równe wkłady: ziemski na północ i dodatkowy na wschód. Wypadkowy kierunek jest północno-wschodni. Po odwróceniu prądu wkład przewodu wskazuje zachód, więc kierunek staje się północno-zachodni. Zmiana wynosi tu 90°, nie 180°, bo ziemski wkład pozostał bez zmian. Przy innych wartościach pól kąt będzie inny.

Co robi rdzeń?

Żelazo jest ferromagnetykiem. Porządkowanie domen może silnie wzmacniać odpowiedź materiału na pole. Rdzeń w cewce pozwala zwiększyć pole elektromagnesu, lecz materiał może się nasycać i zachowywać część namagnesowania po wyłączeniu prądu. Nie każdy metal jest przyciągany jak żelazo.

Pole Ziemi wpływa na ruch naładowanych cząstek wiatru słonecznego i tworzy magnetosferę. Nie jest idealną osłoną przed każdym rodzajem promieniowania: neutralne fotony nie są po prostu odginane jak naładowane cząstki. Zorze wiążą się z oddziaływaniem cząstek z atmosferą. Obserwacja opiłków i kompasu wymaga zwykłych zasad bezpieczeństwa, bez małych silnych magnesów dostępnych do połknięcia.

Rdzeń i pamięć materiału

W miękkim magnetycznie rdzeniu domeny mogą łatwo zmieniać uporządkowanie, dlatego cewka z takim rdzeniem potrafi dawać silniejsze pole niż bez niego. Coraz większy prąd nie prowadzi jednak do dowolnie wielkiego wzmocnienia: pojawia się nasycenie. Materiał twardszy magnetycznie może zachować wyraźniejsze namagnesowanie po usunięciu pola.

To rozróżnienie pomaga zrozumieć, dlaczego inny materiał nadaje się na rdzeń elektromagnesu, a inny na trwały magnes. Nie wystarcza informacja „to metal”. Miedź i aluminium nie zachowują się w zwykłym doświadczeniu tak jak żelazo.

Co potrafi ziemskie pole?

Pole może zmieniać kierunki ruchu naładowanych cząstek. Część ich energii trafia ostatecznie do atmosfery, gdzie powstaje światło zorzy. Fotony tego światła nie są tak samo odginane siłą magnetyczną jak elektrony czy protony. Słowo „promieniowanie” obejmuje różne obiekty i nie jest nazwą jednego mechanizmu oddziaływania.

Zadania do tego tematu

• Przecięty magnes nadal ma dwa bieguny
• Kompas obok przewodnika z odwróconym prądem
• Czy magnetosfera odgina wszystkie rodzaje promieniowania?

Dalsza lektura

Materiał referencyjny