A tárgyak mágneses kölcsönhatása az egyik alapvető folyamat, amely mindent irányít az Univerzumban. Látható megnyilvánulásai mágneses jelenségek. Ezek közé tartozik az északi fény, a mágnesek vonzása, a mágneses viharok stb. Hogyan keletkeznek? Mik ezek?
Mágnesesség
A mágneses jelenségeket és tulajdonságokat együttesen mágnesességnek nevezzük. Létezésük már nagyon régóta ismert. Feltételezik, hogy a kínaiak már négyezer évvel ezelőtt felhasználták ezt a tudást iránytű létrehozására és tengeri utazások navigálására. A kísérletek végzése és a fizikai mágneses jelenség komoly tanulmányozása csak a 19. században kezdődött. Hans Oersted az egyik első kutató ezen a területen.
Mágneses jelenségek az űrben és a Földön egyaránt előfordulhatnak, és csak a mágneses mezőkön belül jelenhetnek meg. Az ilyen mezők elektromos töltésekből származnak. Amikor a töltések álló helyzetben vannak, elektromos mező képződik körülöttük. Amikor mozognak - mágneses mező.
Azaz a mágneses mező jelensége a megjelenésével következik beelektromos áram vagy váltakozó elektromos tér. Ez egy olyan térrész, amelyen belül olyan erő hat, amely hatással van a mágnesekre és a mágneses vezetőkre. Megvan a maga iránya, és csökken, ahogy távolodik a forrásától - a vezetőtől.
Mágnesek
Azt a testet, amely körül mágneses tér képződik, mágnesnek nevezzük. Közülük a legkisebb az elektron. A mágnesek vonzása a leghíresebb fizikai mágneses jelenség: ha két mágnest rögzítünk egymáshoz, azok vagy vonzzák vagy taszítják. Minden az egymáshoz viszonyított helyzetükön múlik. Minden mágnesnek két pólusa van: északi és déli.
Az azonos nevű pólusok taszítják egymást, míg az ellenkező pólusok éppen ellenkezőleg, vonzzák egymást. Ha kettévágod, az északi és a déli pólus nem válik szét. Ennek eredményeként két mágnest kapunk, amelyek mindegyikének szintén két pólusa lesz.
Számos olyan anyag van, amely mágneses. Ezek közé tartozik a vas, kob alt, nikkel, acél stb. Ezek között vannak folyadékok, ötvözetek, kémiai vegyületek. Ha a mágneseket mágnes közelében tartják, maguk is azzá válnak.
Az olyan anyagok, mint a tiszta vas, könnyen megszerezhetik ezt a tulajdonságot, de gyorsan el is búcsúznak tőle. Mások (például az acél) mágnesezése hosszabb ideig tart, de a hatás hosszú ideig megmarad.
Mágnesezés
A fentiekben megállapítottuk, hogy a töltött részecskék mozgása során mágneses tér keletkezik. De milyen mozgásról beszélhetünk például egy hűtőn lógó vasdarabban? Mindenaz anyagok atomokból állnak, amelyek mozgó részecskéket tartalmaznak.
Minden atomnak megvan a maga mágneses tere. De egyes anyagokban ezek a mezők véletlenszerűen vannak irányítva különböző irányokba. Emiatt nem jön létre körülöttük egy nagy mező. Az ilyen anyagok nem képesek mágnesezésre.
Más anyagokban (vas, kob alt, nikkel, acél) az atomok képesek felsorakozni úgy, hogy mind egyformán mutassanak. Ennek eredményeként közös mágneses tér képződik körülöttük, és a test mágnesezetté válik.
Kiderül, hogy egy test mágnesezettsége az atomjai mezőinek rendezettsége. Ennek a sorrendnek a megszegéséhez elég erősen megütni, például kalapáccsal. Az atommezők kaotikusan mozognak, és elvesztik mágneses tulajdonságaikat. Ugyanez történik, ha az anyagot felmelegítik.
Mágneses indukció
A mágneses jelenségek mozgó töltésekhez kapcsolódnak. Tehát egy elektromos árammal rendelkező vezető körül minden bizonnyal mágneses mező keletkezik. De lehet ez fordítva is? Michael Faraday angol fizikus egyszer feltette ezt a kérdést, és felfedezte a mágneses indukció jelenségét.
Arra a következtetésre jutott, hogy egy állandó tér nem okozhat elektromos áramot, a változó viszont igen. Az áram a mágneses tér zárt áramkörében jön létre, és indukciónak nevezik. Ebben az esetben az elektromotoros erő az áramkört átható mező sebességének változásával arányosan változik.
Faraday felfedezése igazi áttörést jelentett, és jelentős előnyökkel járt az elektromos gyártók számára. Hála neki, lehetővé vált, hogy áramot kapjanak a mechanikai energiából. A tudós által levezetett törvényt alkalmazták ésvillanymotorok, különféle generátorok, transzformátorok stb. készülékében használják.
A Föld mágneses tere
A Jupiternek, a Neptunusznak, a Szaturnusznak és az Uránusznak van mágneses tere. Bolygónk sem kivétel. A hétköznapi életben szinte észre sem vesszük. Nem kézzelfogható, nincs íze, szaga. De vele társulnak a természetben a mágneses jelenségek. Ilyen például az aurora, a mágneses viharok vagy az állatok magnetorecepciója.
Lényegében a Föld egy hatalmas, de nem túl erős mágnes, amelynek két pólusa van, amelyek nem esnek egybe a földrajzi pólusokkal. Mágneses vonalak hagyják el a bolygó déli sarkát, és belépnek az északi felé. Ez azt jelenti, hogy valójában a Föld déli pólusa a mágnes északi pólusa (ezért nyugaton a déli pólust kékkel jelölik - S, a pirossal pedig az északi pólust - N).
A mágneses tér több száz kilométerre terjed ki a bolygó felszínétől. Láthatatlan kupolaként szolgál, amely tükrözi az erőteljes galaktikus és napsugárzást. A sugárzás részecskéinek a Föld héjával való ütközésekor számos mágneses jelenség jön létre. Nézzük ezek közül a leghíresebbet.
Mágneses viharok
A Nap erős befolyást gyakorol bolygónkra. Nemcsak meleget és fényt ad nekünk, hanem olyan kellemetlen mágneses jelenségeket is kivált, mint a vihar. Megjelenésük a naptevékenység növekedésével és a csillag belsejében lezajló folyamatokkal függ össze.
A Földet folyamatosan befolyásolja a Napból érkező ionizált részecskék áramlása. Együtt mozognak300-1200 km/s sebességgel és napszélként jellemzik. De időről időre ezeknek a részecskéknek a hirtelen kilökődése történik egy csillagon. Lökésekként hatnak a földhéjra, és a mágneses mezőt oszcillálják.
Az ilyen viharok általában legfeljebb három napig tartanak. Ebben az időben bolygónk egyes lakói rosszul érzik magukat. A héj rezgései fejfájással, fokozott nyomással és gyengeséggel tükröződnek bennünk. Egy ember élete során átlagosan 2000 vihart él át.
Északi fény
Vannak kellemesebb mágneses jelenségek is a természetben - az északi fény vagy az aurora. Gyorsan változó színekkel rendelkező égbolt formájában nyilvánul meg, és főleg magas szélességi körökben (67-70 °) fordul elő. A Nap erős aktivitása esetén a sugárzás még alacsonyabb lesz.
Körülbelül 64 kilométerrel a pólusok felett a töltött napelemek találkoznak a mágneses mező távolabbi részeivel. Itt néhányuk a Föld mágneses pólusai felé tart, ahol kölcsönhatásba lépnek a légkör gázaival, ezért jelenik meg az aurora.
A ragyogás spektruma a levegő összetételétől és ritkulásától függ. A vörös izzás 150-400 kilométeres magasságban fordul elő. A kék és zöld árnyalatok magas oxigén- és nitrogéntartalommal járnak. 100 kilométeres magasságban fordulnak elő.
Magnitorrecepció
A mágneses jelenségeket vizsgáló fő tudomány a fizika. Ezek egy része azonban a biológiához is köthető. Például az élők mágneses érzékenységeorganizmusok – a Föld mágneses mezejének felismerésének képessége.
Sok állatnak, különösen a vándorló fajoknak van ez az egyedülálló ajándéka. A magnetorecepció képességét denevérekben, galambokban, teknősökben, macskákban, szarvasokban, egyes baktériumokban stb. találták meg. Segít az állatoknak az űrben való navigálásban és otthonuk megtalálásában, így több tíz kilométerre távolodnak el onnan.
Ha az ember iránytűt használ a tájékozódáshoz, akkor az állatok teljesen természetes eszközöket használnak. A tudósok még nem tudják pontosan meghatározni, hogyan és miért működik a magnetorecepció. De köztudott, hogy a galambok akkor is képesek otthonra találni, ha több száz kilométerre viszik el onnan, miközben a madarat egy teljesen sötét dobozba zárják. A teknősök még évekkel később is megtalálják szülőhelyüket.
A "szupererejüknek" köszönhetően az állatok vulkánkitörésekre, földrengésekre, viharokra és egyéb kataklizmákra számítanak. Érzékenyek a mágneses tér ingadozásaira, ami növeli az önmegőrzés képességét.
