Jak działa magnes?

Dlaczego materia jest magnetyczna? Co ją powoduje? Z pewnością wiesz, że materia składa się z atomów, które składają się z elektronów, protonów i neutronów. Wszystkie te trzy fundamentalne cząstki atomu posiadają właściwość zwaną spinem mechaniki kwantowej. Co sądzisz o tym nieco technicznym określeniu? Fizycznie jest to wektor momentu pędu, właściwość, która nadaje tym trzem wspomnianym cząstkom pole magnetyczne. Z tego można logicznie wywnioskować, że każda materia posiada pole magnetyczne. Ale wyprowadzimy cię z tego błędu. To nieprawda.

Momenty magnetyczne cząstek się znoszą.

Właśnie tutaj w grę wchodzi uporządkowanie spinowe cząstek w atomach i cząsteczkach. I nie jest to takie proste. Działa ono zgodnie z zakazem Pauliego. Możesz być teraz zdezorientowany. Co oznacza ten termin? To podstawowa zasada mechaniki kwantowej. Zgodnie z nią, żadne dwa fermiony (przez ten termin rozumiemy cząstki: protony, neutrony i elektrony) nie mogą znajdować się w tym samym stanie kwantowym. Jednakże, jeśli między atomami i cząsteczkami występują duże odległości, wspomniana powyżej zasada uporządkowania spinowego nie ma zastosowania. Mówiąc wprost, nie ma pola magnetycznego. Dlaczego? Ponieważ moment magnetyczny każdej pojedynczej cząstki znosi momenty cząstek w jej otoczeniu.

Im wyższe uporządkowanie, tym silniejszy magnes.

Z kolei w magnesach trwałych występuje uporządkowanie dalekosiężne. Jego najwyższy poziom posiadają domeny magnetyczne. Wyjaśniając: w skali mikroskopowej cząstki oddziałują ze sobą bardzo silnie, co skutkuje naprawdę wysokim poziomem uporządkowania. Istnieje bezpośrednia zależność. Im większy stopień uporządkowania w domenie, tym silniejsze pole magnetyczne. Materiały ferromagnetyczne charakteryzują się rozproszeniem, a zatem również silnym polem magnetycznym. Materiały magnetycznie twarde mogą w dużym stopniu zachować swoją polaryzację magnetyczną, nawet gdy zewnętrzne pole magnetyczne przestaje na nie działać. Dlatego są magnesami trwałymi.

Jak objawia się pole magnetyczne?

Podstawą pola magnetycznego są zjawiska magnetyczne. Laik dostrzeże głównie wpływ magnesu na materiały ferromagnetyczne. Można to zauważyć głównie w miejscu, gdzie źródło pola magnetycznego ma dwa bieguny: północny i południowy. Na magnesach biegun północny jest oznaczony literą N i kolorowym paskiem. Zgodnie z konwencją linie pola wychodzą w tym miejscu. Biegun południowy jest oznaczony literą S, a linie sił do niego wnikają. Prawdą jest, że nierówne bieguny (tj. północny i południowy) przyciągają się, podczas gdy dwa równe bieguny (dwa południowe lub dwa północne) odpychają się.