Magnet

Rozbalit box

Obsah boxu

Magnet je objekt, který vytváří magnetické pole. Toto magnetické pole je neviditelné, ale je zodpovědné za nejvýznamnější vlastnost magnetu: sílu, která přitahuje feromagnetické materiály, jako je železo, nikl, kobalt a některé jejich slitiny. Kromě toho magnetické pole přitahuje nebo odpuzuje jiné magnety. Každý magnet má alespoň dva póly – severní a jižní – které nelze oddělit; i když je magnet rozdělen na menší části, každá část si zachová své severní a jižní póly.

⏳ Historie

Historie magnetů sahá do starověkého Řecka a Číny, kde byly objeveny přírodní magnety zvané magnetovec (druh oxidu železitého). První zmínky o magnetismu pocházejí zhruba z roku 600 př. n. l. od řeckého filosofa Thaléta z Milétu, který si povšiml, že některé kameny přitahují železo. Číňané byli pravděpodobně první, kdo použil magnety pro navigaci, a to již ve 4. století př. n. l., ačkoli spolehlivé důkazy o praktickém použití kompasu pocházejí z 11. století. V Evropě se znalosti o magnetismu rozšířily ve středověku. Anglický učenec Petrus Peregrinus de Maricourt v roce 1269 popsal vlastnosti magnetů a ukázal, že magnety mají dva póly. Významný pokrok učinil William Gilbert, který v roce 1600 publikoval dílo „De Magnete“, kde popsal Země jako velký magnet a studoval magnetické jevy. V 19. století došlo k zásadnímu propojení magnetismu s elektřinou díky práci vědců jako Hans Christian Ørsted, André-Marie Ampère a Michael Faraday, kteří položili základy elektromagnetismu.

🔬 Fyzikální principy magnetismu

Magnetismus je základní fyzikální interakce, která se projevuje silou mezi pohybujícími se elektrickými náboji. V materiálech je magnetismus způsoben pohybem elektronů v atomech a jejich spiny. Existují tři hlavní typy magnetického chování látek:

Feromagnetismus: Materiály jako železo, nikl a kobalt vykazují silný magnetismus. Mají domény, malé oblasti, kde jsou spiny elektronů zarovnány. V nepřítomnosti vnějšího pole jsou tyto domény náhodně orientovány, ale ve vnějším magnetickém poli se mohou zarovnat, což vede k silné magnetizaci. Feromagnetické materiály zůstávají magnetizované i po odstranění vnějšího pole a tvoří permanentní magnety.
Paramagnetismus: Látky jako hliník nebo platina jsou slabě přitahovány magnetickým polem. Jejich atomy mají nespárované elektrony, které se ve vnějším poli částečně zarovnají, ale po jeho odstranění se rychle vrátí do náhodné orientace.
Diamagnetismus: Většina látek, včetně vody, mědi a zlata, je slabě odpuzována magnetickým polem. To je způsobeno indukcí slabého magnetického pole, které působí proti vnějšímu poli. Všechny materiály jsou diamagnetické, ale u paramagnetických a feromagnetických látek je tento efekt maskován silnějšími jevy.

Magnetické pole je popsáno vektorem magnetické indukce B, jehož jednotkou je tesla (T). Směr magnetických siločar vychází ze severního pólu a vstupuje do jižního pólu magnetu.

🧲 Typy magnetů

Magnety se dělí na několik základních typů:

Permanentní magnety: Jsou to materiály, které si udržují své magnetické pole bez vnějšího zdroje energie. Vyrábí se z feromagnetických materiálů, které byly magnetizovány silným vnějším polem. Mezi běžné materiály patří neodymové magnety (slitiny neodym, železo, bór), samarium-obaltové magnety, alnico a feritové magnety.
Elektromagnety: Jsou to magnety, které vytvářejí magnetické pole pouze tehdy, když jimi protéká elektrický proud. Skládají se z cívky drátu navinutého kolem feromagnetického jádra. Sílu magnetického pole lze regulovat změnou proudu. Elektromagnety se používají v mnoha zařízeních, jako jsou relé, motory a generátory.
Supravodivé magnety: Využívají jevu supravodivosti, kdy některé materiály při velmi nízkých teplotách ztrácejí elektrický odpor a mohou vést obrovské proudy bez ztrát, čímž generují extrémně silná magnetická pole. Tyto magnety se používají například v zařízeních pro magnetickou rezonanci (MRI) a urychlovačích částic.

💡 Využití magnetů

Magnety mají široké spektrum využití v moderním světě:

Navigace: Kompasy využívají magnetického pole Země k určení směru.
Elektrotechnika: Elektromotory, generátory, transformátory a relé jsou závislé na magnetických principech. Reproduktory a mikrofony také využívají magnety k přeměně elektrických signálů na zvuk a naopak.
Záznamová média: Starší pevné disky, audiokazety a videokazety ukládaly informace magneticky.
Zdravotnictví: Zařízení pro magnetickou rezonanci (MRI) využívají silných magnetických polí k vytváření detailních snímků vnitřních orgánů lidského těla. Magnetická terapie je také používána k úlevě od bolesti.
Průmysl: Magnety se používají v separátorech k oddělování kovových nečistot, v jeřábech pro zvedání těžkých kovových předmětů a v magnetických levitačních vlacích (Maglev).
Domácnost: Ledničkové magnety, zapínání tašek, indukční varné desky a mnoho hraček obsahuje magnety.
Výzkum: Vědci používají silné magnety v urychlovačích částic a v zařízeních pro výzkum fúze (např. tokamak).

🌍 Magnetické pole Země

Země je obrovský permanentní magnet s vlastním magnetickým polem, které se táhne tisíce kilometrů do vesmíru. Toto pole je generováno pohybem roztaveného železa a niklu v zemském jádře (tzv. geodynamo). Magnetické pole Země chrání planetu před škodlivým slunečním větrem a kosmickým zářením, odklání je pryč od atmosféry. Bez něj by byla zemská atmosféra postupně erodována. Severní magnetický pól Země se v současné době nachází v blízkosti severního geografického pólu, ale není s ním totožný a neustále se pomalu pohybuje. V průběhu geologické historie Země docházelo k přepólování magnetického pole, kdy si severní a jižní magnetické póly vyměnily místa.

🧪 Zajímavosti a kuriozity

Nejsilnější permanentní magnety jsou neodymové magnety, které dokážou zvednout předměty tisíckrát těžší než ony samy.
Nejsilnější uměle vytvořené magnetické pole na světě bylo dosaženo v Národní laboratoři Los Alamos v USA, kde bylo v roce 2018 dosaženo magnetického pole o síle 100 tesla bez destrukce magnetu. Pro srovnání, magnetické pole Země má sílu přibližně 25 až 65 mikrotesla.
Některá zvířata, jako jsou stěhovaví ptáci, želvy a lososi, mají schopnost vnímat magnetické pole Země a používat jej pro navigaci. Tento jev se nazývá magnetorecepce.

Pro laiky

Představte si magnet jako zvláštní druh kamene nebo kovu, který má "kouzelnou" sílu. Tato síla je neviditelná, ale dokáže přitahovat k sobě některé jiné kovy, třeba hřebíky nebo sponky. Magnety mají vždycky dvě strany – říkáme jim póly, severní a jižní. Když k sobě dáte dva magnety, tak se buď přitahují (jako když se kamarádi objímají) nebo se od sebe odstrkují (jako když se dva lidé hádají). Severní pól jednoho magnetu se vždycky chce spojit s jižním pólem druhého magnetu. Ale dva severní póly se od sebe odstrčí, stejně jako dva jižní. Magnety se používají všude kolem nás. Máte je v ledničce, aby na ní držely obrázky. Jsou v motorech hraček, aby se točily. Dokonce i naše Země je obrovský magnet a díky tomu funguje kompas, který nám ukazuje sever.