A mágneseket gyakran patkó alakban ábrázolják, piros és kék színekkel jelölve az északi és déli pólusokat.
Ez az egyszerűsített ábrázolás azonban félrevezető lehet a mágneses anyag tulajdonságaival kapcsolatban.
Mi a fő probléma fizikai szempontból?
A valóságban a mágneses tér nem hirtelen változik az egyik pólustól a másikig. A mágneses tér fokozatosan oszlik el a mágnes teljes hosszában. A patkó alakú ábrázolás ezt a fokozatosságot nem tükrözi, és téves benyomást kelthet a mágneses tér eloszlásáról.
A hirtelen átmenetek fizikailag nem lehetségesek. Szinte minden esetben, amikor egy tulajdonság határértékről beszélünk, az csak közelítő érték. Bizonyos esetekben, mint az abszolút nulla fok vagy a maximális áramerősség, valóban éles átmenetek figyelhetők meg. Azonban amikor a anyag olvadáspontjáról, fázisállapotáról vagy szerkezetéről beszélünk, nem állíthatjuk határozottan, hogy pontosan 500 foknál válik folyékonyá az anyag, és 499 foknál még szilárd. Az ilyen közegek és határfeltételek vizsgálata a fizikusok számára komoly kihívást jelent.
Most térjünk vissza a mágneshez. A mágnesek nem csak patkók, hanem egyszerűbb formák, mint például rudak is lehetnek. A mágneses tulajdonságaik nem hirtelen változnak a hosszuk mentén. Ennek megértéséhez meg kell vizsgálnunk, hogy mi okozza a mágnesességet.
Hogyan működik az állandó mágnes?
A mágnesek mágnesesen kemény anyagból készülnek. Ellentétben a mágnesesen lágy anyagokkal, amelyek csak elektromos áram hatására vagy mágneses térben mágnesesednek, a mágnesesen kemény anyagok állandó mágnesességgel rendelkeznek. Ha egy mágnest felhevítenénk egy kemencében, elveszítené a mágneses tulajdonságait. Mivel a kemence a szerkezetet pusztítja el, arra következtethetünk, hogy a mágnesesség a szerkezettel függ össze.
A mágneses anyag szerkezete nem rendezett. A párosítatlan elektronok szabadon mozognak, és mágneses momentumot hoznak létre. Minél több elektron mozog ugyanabba az irányba, annál erősebb a mágneses tér.
A mágneses teret létrehozó zónákat mágneses tartományoknak nevezzük. A mágneses tulajdonságokat a tartományok tájolása határozza meg.
Bővebben a mágnesesség fizikájáról
Megértettük, hogy a mágneses tulajdonságokat elektronok hozzák létre, amelyek egyirányú mozgásukkal mágneses teret hoznak létre, hiszen minden mozgó töltés mágneses teret hoz létre maga körül. Tehát az egyik oldalon az elektronok az egyik irányba forognak, a másikon pedig a másikba?
De hogyan magyarázzuk meg akkor, hogy ha egy mágnesrudat kettétörünk, az arányosan elveszíti a mágneses tulajdonságait, és ahol az északi pólus volt, ott hirtelen déli pólus lesz? Mi kényszeríti az elektronokat arra, hogy megváltoztassák a mozgásirányukat?
Ez egy téves elképzelésen alapul. Először is fontos megérteni, hogy a mágnesesség fizikája két pólus létezését feltételezi. Ez hasonló az elektromos áram logikájához.
Az elektromosságban az elektromos töltések mentén haladnak az elektromos mező erővonalai mentén. A mágnesességben pedig mágneses pólusokat vizsgálunk, amelyek a mágneses mező erővonalai mentén mozognak. Mágnesesség nem létezhet pólusok nélkül. Fontos megjegyezni, hogy a mágnesesség természete sok kérdést vet fel, és a mágneses mezőt sem ismerjük még teljesen, ezért most absztrakciókról és feltételezésekről beszélünk.
Tehát mágneses pólus és mágneses mező nélkül nincs mágnesesség. A mágneses mező erővonalai pedig ezeknek a mágneses pólusoknak a mozgásirányát és pályáját jelentik.
Ezek a vonalak mindig zárt hurkokat alkotnak, és nem szakadnak meg. Nem mondhatjuk, hogy az egyik pólusból indulnak ki és a másikba mennek. Egyszerűen áthaladnak rajtuk.
A vonalakat úgy láthatjuk, ha fémforgácsot szórunk egy papírlapra, és alá mágnest helyezünk.
Mi történik a mágnes inflexiós pontjában?
A félreértések abból erednek, hogy nem teljesen objektív absztrakciókat használunk. Már megállapítottuk, hogy a mágneses mezőt az elektronok mozgása hozza létre. A mozgó részecske körkörös mezőt hoz létre maga körül.
Sok ilyen részecske esetén a vonalaik összeolvadnak, és létrejön a fentebb már említett, megszokott kép. Ahogy ott is említettük, a mágneses vonalaknak nincs kezdete és vége.
A mágnes északi és déli pólusa nem a mágneses mező és az erővonalak forrása. Csak a mágneses vonalak be- és kilépési pontjai a mintában. Maguk a vonalak a mozgó részecskék mezővonalainak összeolvadásából jönnek létre. Nincs északi és déli pólus, csak be- és kilépési pont. Ezért ha kettétörünk egy mágnest, az megőrzi a pólusait, és a vonalak is ugyanazok maradnak. Így egészen egy atomnyi méretű mágnesig is eljuthatunk, és mégis ugyanazt a képet és a pólusok megőrzését figyelhetjük meg.
A pólusoknál a maximális feszültség, amit a diagramokon is látunk, azért van, mert ezeken a pontokon koncentrálódik a legtöbb mágneses vonal.
Ennek a megközelítésnek a fényében a „mágnes közepe” kérdése önmagától megoldódik. Ott nincs null érték. Nincs maximális érték sem. Ez a mágnes ugyanolyan része, mint a többi, a mágnes középpontjáról alkotott elképzelést pedig csak a mindenkinek ismerős piros-kék séma kényszeríti ránk. A vonalak által jelölt helyen lévő mágnesesség valójában a belsejében lévő mágneses momentumú részecskék elhelyezkedésétől függ.
A BEJEGYZÉS A HIRDETÉS ALATTI GOMBBAL FOLYTATÓDIK
