Przecięcie pręta magnetycznego na pół nie pozbawi go biegunów. Będzie wytwarzać tylko dwa magnesy, każdy z biegunem północnym, który będzie przyciągany do bieguna południowego drugiego magnesu i odwrotnie.
To właśnie ta podstawowa właściwość przyciągania sprawia, że magnesy są przydatne do tak wielu celów, od trzymania zaproszenia na przyjęcie na lodówce po wykonywanie obrazowania medycznego.
Ale jak powstają te bieguny? Dlaczego magnes ma biegun północny i południowy?
Magnesy są „jedną z najgłębszych tajemnic fizyki” – powiedział. Grega Boebingera (Otwiera się w nowej karcie)Dyrektor National High Magnetic Field Laboratory w Tallahassee na Florydzie. chwila Ludzie używają magnesów od tysięcy lat (Otwiera się w nowej karcie)Naukowcy wciąż dowiadują się nowych rzeczy o tym, jak działają.
Podstawowa odpowiedź na pytanie, dlaczego magnesy mają bieguny, leży w zachowaniu elektronów. Cała materia, w tym magnesy, składa się z atomów. w każdym kukurydzaJądro jest otoczone przez jeden lub więcej ujemnie naładowanych elektronów. Każdy z tych elektronów generuje własne małe pole magnetyczne, które naukowcy określają mianem „spinu”. Jeśli wystarczająco dużo tych małych pól magnetycznych jest skierowanych w tym samym kierunku, sam materiał staje się paramagnetyczny.
Powiązany: Dlaczego metal iskrzy w kuchence mikrofalowej?
„Spin” elektronu jest czymś w rodzaju abstrakcyjnej koncepcji, powiedział Boebinger dla Live Science. Technicznie rzecz biorąc, nikt nigdy nie widział wirującego elektronu – jest zbyt mały, aby zobaczyć go pod mikroskopem. Ale fizycy wiedzą, że elektrony mają pole magnetyczne, ponieważ je zmierzyli. Jednym ze sposobów generowania tego pola jest obracanie się elektronu. Odwróć kierunek obrotu, a pole magnetyczne się odwróci.
kiedy możliwe, Elektrony połączą się w pary, tak że ich spin zostanie anulowany (Otwiera się w nowej karcie), co powoduje, że wypadkowy magnetyzm atomu wynosi zero. Ale w przypadku niektórych pierwiastków, takich jak żelazo, nie może się to zdarzyć. Liczba elektronów i sposób ich rozmieszczenia wokół jądra oznacza, że każdy atom żelaza będzie miał niesparowany elektron, który generuje małe pole magnetyczne.
W materiale niemagnetycznym te pojedyncze pola magnetyczne wskazują różne przypadkowe kierunki. W tym przypadku w większości znoszą się nawzajem, więc materiał na ogół nie jest magnetyczny. Ale w odpowiednich warunkach małe subatomowe pola magnetyczne mogą ustawiać się w tym samym kierunku. Można by pomyśleć o tym jako o różnicy między tłumem ludzi chodzących wokół, a wszystkimi organizującymi się i zwróconymi w tym samym kierunku. Połączenie tych bardzo małych pól magnetycznych tworzy większe pole magnetyczne – w ten sposób materiał staje się magnesem.
Wiele magnesów używanych w życiu codziennym, takich jak magnesy na lodówkę, jest znanych jako magnesy trwałe. W tych materiałach pola magnetyczne wielu atomów w materiale zostały trwale wyrównane przez siłę zewnętrzną – na przykład umieszczenie w silniejszym polu magnetycznym.
Często to silniejsze pole magnetyczne jest generowane przez elektryczność. Elektryczność i magnetyzm są zasadniczo powiązane, ponieważ pola magnetyczne są generowane przez ruch ładunków elektrycznych. Dlatego wirujący elektron zawiera pole magnetyczne. Ale naukowcy mogą również wykorzystać elektryczność do tworzenia bardzo silnych magnesów Paulo Weracin (Otwiera się w nowej karcie), starszy naukowiec w Lawrence Berkeley National Laboratory w Kalifornii. Przepuszczenie wystarczającej ilości prądu przez cewkę z drutu generuje bardzo silne pole magnetyczne, które trwa tak długo, jak płynie prąd. Te elektromagnesy są często używane w badaniach fizycznych, powiedział Veracin dla Live Science. Jest również stosowany w instrumentach medycznych, takich jak maszyny do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI).
Ziemia też ma swoje własne pole magnetyczne, dzięki któremu działa igła kompasu. Naukowcy zdefiniowali biegun północny magnesu jako końcówkę, która wskazuje na biegun północny Ziemi, jeśli magnes obraca się swobodnie. Ale technicznie, wyjaśnił Boebinger, oznacza to, że północny biegun magnetyczny Ziemi jest w rzeczywistości magnetycznym biegunem południowym, ponieważ przeciwne bieguny się przyciągają.
W kategoriach fizycznych linie pola magnetycznego wypływają na zewnątrz od bieguna północnego magnesu do bieguna południowego, tworząc zamkniętą pętlę.
Fizycy odkryli również inne układy biegunów magnetycznych, Łącznie z quadem (Otwiera się w nowej karcie), gdzie grupa północnych i południowych biegunów magnetycznych jest ułożona w kwadracie. Jeden cel pozostaje nieuchwytny, powiedział Veracin: Nikt jeszcze nie znalazł monopolu magnetycznego.
Elektrony i protony są jednobiegunowe: każdy z nich ma pojedynczy ładunek elektryczny, dodatni lub ujemny. Ale elektrony (a także inne cząstki) mają bieguny magnetyczne. Ponieważ są to cząstki elementarne, nie można ich dalej rozkładać. Ta różnica między sposobem, w jaki cząstki zachowują się elektrycznie i magnetycznie, zaintrygowała wielu fizyków, a dla niektórych znalezienie cząstki z pojedynczym biegunem magnetycznym jest świętym Graalem. Jego odkrycie byłoby sprzeczne z prawami fizyki, tak jak je obecnie rozumiemy.
