Otázky a odpovědi
Elektrická a magnetická síla
Dotaz:
V učebnici pro ZŠ je otázka: Na jaká tělesa působí elektrická a na jaká tělesa působí magnetická síla? Zajímá mě, jak by na tuto otázku měla znít správná odpověď podaná tak, aby tomu žáci porozuměli.
Odpověď:
Víte, když se někdo takhle kategoricky ptá, obvykle očekává nějakou jednoduchou odpověď, obvykle tu, kterou má tazatel právě na mysli. Já bych řekl s velkým rizikem, že to přesně nevystihuji, že elektrická síla působí na tělesa, která nesou nějaký elektrický náboj (no ono skoro všechna tělesa nesou velké náboje obou znamének, ale tyto náboje jsou vykompenzované a projeví se jen přebytky, také může působit síla v nehomogenním poli na dielektrikum, které je sice navenek neutrální, ale díky polarizaci se jeden náboj projeví na jedné straně a druhý na druhé a tak může být výsledná síla nenulová ....)Magnetická síla nejsnáze pozorovatelná působí na tělesa z materiálu jako železo, kobalt, nikl a jejich různých sloučenin, tzv. ferromagnetik. Slabší leč pozorovatelná síla působí i na jiné materiály, na smyčky s proudem atd.
Permanentní magnet
Dotaz:
Mám dotaz, jestli má permanentní magnet opravdu trvalé magnetické pole? Dá se "vyčerpat"? A dále bych potřeboval znát materiál, který přitahuje magnet, ale nedá se zmagnetizovat
Odpověď:
O tom, zda je magnet permanentní, nebo magneticky tvrdý, rozhoduje velikost magnetického pole, které je třeba k jeho přemagnetování. Graficky je to vyjádřeno hysterezní smyčkou. Pole nutné k přemagnetování se nazývá koercitivní pole. Kromě toho je snaha vyvinout takový materiál, který má i velkou remanentní magnetizaci, tedy magnetizaci v nepřítomnosti budícího magnetického pole. Součin Hc x Mr se používá jako technická míra magnetické energie, kterou magnet potenciálně obsahuje. Feromagnetický materiál není nikdy magnetován rovnoměrně (homogenně). Uplatní se demagnetizace tvaru, přiloženým silným magnetickým polem, třeba impulzem se magnet může optimálně zmagnetovat, což se prakticky používá. Oblasti homogenní magnetizace, zvané domény, se přemění tak, aby magnetizace všech směřovala podél budícího pole. Čím větší překážky materiál klade tomuto přemagnetování, tím má větší koercitivní pole. Také chlazení z teplot vyšších než Curieova v magnetickém poli umožní získat už zpolarizovaný magnet. Permanentní magnety se vyrábějí buď ze zvláštních slitin, např. NdFeB, SmCo nebo některých feritových oxidů.
Odstínění magnetického pole
Dotaz:
Zajímalo by mě, zda je možné u dvou permanentních magnetů, které se vzájemně odpuzují přerušit nebo odstínit na krátkou dobu jejich vzájemné odpuzování, bez možnosti pootočení magnetů. Zda existuje materiál, kterým by se po vložení mezi zmíněné dva magnety magnetismus přerušil.
Odpověď:
Analogie mezi magnetickým a elektrickým polem není úplná. Elektrické pole nábojů můžete odstínit vodivou slupkou, tedy Faradayovou klecí. K odstínění magnetického pole se dá použít feromagnetický materiál s vysokou permeabilitou (mi-metal, pemalloy). Takto se odstiňují supravodivé cívky, aby rozptylové pole cívek, které uvnitř sebe vytvářejí pole o magnetické indukci až 15 T, neovlivňovalo okolní přístroje a nepřitahovalo nebezpečně velkou silou feromagnetické předměty. Vložíte-li však takovouto přepážku mezi dva přitahující se magnety, nezrušíte tím silové působení. Magnety budou přitahovány ke zmagnetované přepážce.Dokonale odstínit magnetické pole je možné. Supravodič pod svou kritickou teplotou se chová jako dokonalé diamagnetikum a vytlačuje ze svého objemu siločáry magnetické indukce. Můžete v něm tedy vytvořit prostor odstíněný od magnetických polí, vyžaduje to ovšem ochlazení do nízkých teplot (alespoň asi 8 K pro klasické supravodiče, 80 K pro vysokoteplotní supravodiče) a působící pole nesmí být vyšší než kritické pole supravodiče. Proto se tento proces používá k odstínění slabých polí, např. magnetického pole Země.
Jak malý může být magnet?
Dotaz:
Chtěla jsem se zeptat, do kdy magnet zůstává magnetem, když ho lámeme. Resp.kdy ten magnet přestane být magnetem, kdybychom jej pomyslně donekonečna lámali. (Petra Černohorská)
Odpověď:
Permanentní magnet opravdu můžete lámat na velmi malé kousky. Dokonce se vyráběly magnety z prachových částic orientovaných v magnetickém poli a zafixovaných v nějakém tmelu. Feromagnetické částice o rozměrech mikrometrů a menších jsou jednodoménové a jejich přemagnetování je obtížnější než u větší vicedoménových částic a tak dá se dosáhnout větších koercitivních polí, což je podmínka pro dlouhodobou stálost permanentního magnetu. Kvalitní permanentní magnet musí mít i vysokou hodnotu remanentní magnetizace, případně součinu (BH)max ale to už je otázka složení materiálu a jeho struktury.V posledním desetiletí se studují tzv. Klastry (clusters), shluky od desítek do tisíců atomů přechodových prvků, které projevují mimořádné magnetické vlastnosti. Další informace naleznete např. v kap. 15 knihy Ch. Kittel: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985.
Jak skladovat magnety?
Dotaz:
Dobrý den, potřeboval bych se ujistit v jedné maličkosti z praxe: jak postupovat při skladování většího počtu silných magnetů (převážně keramických), neboli dochází u nich s časem ke změnám vlivem vnějšího působení zbylých? Záleží na tom, zda budou "jednoduše připlácnuté na sobě" nebo zda je vhodné je izolovat? Děkujï za radu.
Odpověď:
Lépe je, jsou-li připlácnuté. Neuškodí, jestliže tento magnetický obvod uzavřete.
Magnety a Curierova teplota
Dotaz:
Dobrý den, rozebral jsem HDD a vyndal jsem si magnety, které drží čtecí hlavu. Při pokusu – má-li vliv zahřívání magnetu na jeho magnetické pole - se mi při zahřívání na přibližně 800°C po dobu jedné minuty podařilo, že se magnetické pole oslabilo na přibližně 1/4, jaké fyz. děje se udály? Je možné konvenčními způsoby pole obnovit? Děkuji za odpověď.
Odpověď:
V takovémto magnetu jsou jednotlivé elementární magnetické dipóly (atomy, molekuly) nasměrovány skoro všechny (alespoň v jeho jednotlivých částech zvaných domény) jedním směrem a příspěvky jednotlivých dipólů dohromady vytvářejí relativně silné magnetické pole. Pokud ale magnet začnete zahřívat, donutíte atomy a molekuly vykonávat chaotický tepelný pohyb. Při něm pak dochází ke ztrátě jednotné orientace elementárních dipólů a celkové magnetické pole slábne. Při dosažení tzv. Curieovy teploty (jejíž hodnota závisí na materiálu, z nějž je magnet vyroben) pak magnet zcela ztratí své feromagnetické vlastnosti a stává se látkou paramagnetickou. K obnovení původních vlastností magnetu je tedy potřeba ochladit materiál pod Curierovu teplotu a případně vnějším magnetickým polem vnutit jednotlivým elementárním dipólům (resp. doménám) jednotný směr.
Odkud bere magnet energii?
Dotaz:
Jak to, že permanentní magnet stále vyzařuje energii, odkud ji bere třeba na levitaci jiného předmětu?
Odpověď:
Permanentní magnet žádnou (magnetickou) energii nevyzařuje. Energie by byla potřeba akorát ke změně magnetického pole (tedy například k odmagnetování magnetu). Zkuste si přestavit magnetické pole v okolí magnetu jako něco hmotného (třeba jako plastový obal s cenovkou) - k samotné existenci tohoto obalu, byl-li už jednou vyroben, není potřeba žádné další dodávání energie. Energii však budete potřebovat, pokud budete chtít tento obal zrušit, zničit či třeba jenom zdeformovat.
Permanentní magnety
Dotaz:
Zajímalo by mě přesnější popis principu na jakém fungují permanentní magnety plus i případné závislosti velikosti výsledné síly.. velikost magnetické indukce popřípadě magnetického toku.. Mám dostatek materiálů o elektromagnetech jako takových ale o permanentních se mi nic sehnat nepodařilo.. Můžete mi prosím poskytnout bližší popis, (mám zájem hlavně o matematické závislosti) případně doporučení na jaké webové stránky se mohu obrátit.. případně jaká literatura se touto problematikou zabývá?
Odpověď:
Permanentní magnetismus je důsledkem kvantových jevů a bez nich ho nelze uspokojivě vysvětlit. Jde o kombinaci magnetických polí jednak orbitálního pohybu elektronu, jednak vlastního magnetismu (spinu elektronu). I stručné vysvětlení ale asi dost přesahuje zdejší rámec. Sám magnetismus je samozřejmě relativistický jev, ale to tu asi až tak nevadí.
Stínění magnetů
Dotaz:
Zdravim. Rad by som sa Vas spytal, ci existuje dajaky materiál (sam o sebe, cize bez pridavania energie), ktory je schopny zachycovat,pohlcovat, alebo neprepustat magneticke vlny produkovane permanentnym magnetom (nie elektromagnetom). Mam na mysli material, ktory ked vlozime medzi magnet a feromagneticke piliny, bude rusit vplyv magnetu a preto piliny zostanu v klude az pokial sa material neodstrani. A ci je taky material volne dostupny.
Odpověď:
Bohužel o podobném materiálu nevíme. Ale existuje relativně jednoduché řešení, které se opravdu používá, a to magnetické stínění z feromagnetických materiálů o vysoké permeabilitě. Toto stínění zafunguje tak, že magnetické siločáry se koncentrují ve feromagnetiku a neplandají okolo. Zkuste si váš permanentní magnet dát do silnostěnné železné krabičky a vyzkoušejte, že daleko méně ovlivňuje piliny poblíž. Můžete také prozkoumat reproduktorky k počítači, na kterých je napsáno, že mají magnetické stínění a ověřit, že v okolí vytvářejí menší pole než obyčejné reproduktory.