Magnetická interakce objektů je jedním ze základních procesů, které řídí vše ve vesmíru. Jeho viditelným projevem jsou magnetické jevy. Patří mezi ně polární záře, přitažlivost magnetů, magnetické bouře atd. Jak vznikají? Co to je?
Magnetismus
Magnetické jevy a vlastnosti se souhrnně označují jako magnetismus. O jejich existenci se ví velmi dlouho. Předpokládá se, že již před čtyřmi tisíci lety Číňané použili tyto znalosti k vytvoření kompasu a navigaci na námořních cestách. Provádění experimentů a vážné studium fyzikálního magnetického jevu začalo teprve v 19. století. Hans Oersted je považován za jednoho z prvních výzkumníků v této oblasti.
Magnetické jevy se mohou vyskytovat jak ve vesmíru, tak na Zemi a objevují se pouze v magnetických polích. Taková pole vznikají z elektrických nábojů. Když jsou náboje stacionární, vytváří se kolem nich elektrické pole. Když se pohybují - magnetické pole.
To znamená, že fenomén magnetického pole nastává s příchodemelektrický proud nebo střídavé elektrické pole. Jedná se o oblast prostoru, ve které působí síla, která ovlivňuje magnety a magnetické vodiče. Má svůj vlastní směr a klesá, jak se vzdaluje od svého zdroje - vodiče.
Magnety
Těleso, kolem kterého se vytváří magnetické pole, se nazývá magnet. Nejmenší z nich je elektron. Přitažlivost magnetů je nejznámější fyzikální magnetický jev: přiložíte-li k sobě dva magnety, budou se buď přitahovat, nebo odpuzovat. Všechno je to o jejich vzájemném postavení. Každý magnet má dva póly: severní a jižní.
Stejnojmenné póly se odpuzují, opačné póly se naopak přitahují. Pokud to rozpůlíte, severní a jižní pól se neoddělí. Ve výsledku získáme dva magnety, z nichž každý bude mít také dva póly.
Existuje řada materiálů, které jsou magnetické. Patří mezi ně železo, kob alt, nikl, ocel atd. Mezi nimi jsou kapaliny, slitiny, chemické sloučeniny. Pokud magnety držíte blízko magnetu, stanou se z nich samy.
Látky jako čisté železo tuto vlastnost snadno získají, ale také se s ní rychle rozloučí. U jiných (jako je ocel) trvá magnetizace déle, ale efekt si zachovají po dlouhou dobu.
Magnetizace
Výše jsme zjistili, že magnetické pole vzniká při pohybu nabitých částic. O jakém pohybu se ale můžeme bavit například v kusu železa pověšeného na lednici? Všechnolátky se skládají z atomů, které obsahují pohybující se částice.
Každý atom má své vlastní magnetické pole. Ale v některých materiálech jsou tato pole nasměrována náhodně v různých směrech. Kvůli tomu se kolem nich nevytvoří jedno velké pole. Takové látky nejsou schopny magnetizace.
V jiných materiálech (železo, kob alt, nikl, ocel) jsou atomy schopny seřadit tak, že všechny míří stejným způsobem. V důsledku toho se kolem nich vytvoří společné magnetické pole a tělo se zmagnetizuje.
Ukazuje se, že magnetizace tělesa je uspořádáním polí jeho atomů. K porušení tohoto řádu stačí tvrdě udeřit např. kladivem. Pole atomů se začnou chaoticky pohybovat a ztratí své magnetické vlastnosti. Totéž se stane, pokud se materiál zahřeje.
Magnetická indukce
Magnetické jevy jsou spojeny s pohybujícími se náboji. Takže kolem vodiče s elektrickým proudem jistě vznikne magnetické pole. Ale může to být i naopak? Anglický fyzik Michael Faraday jednou položil tuto otázku a objevil fenomén magnetické indukce.
Došel k závěru, že konstantní pole nemůže způsobit elektrický proud, ale proměnlivé ano. Proud se vyskytuje v uzavřeném obvodu magnetického pole a nazývá se indukce. V tomto případě se elektromotorická síla bude měnit úměrně změně rychlosti pole, které prostupuje obvodem.
Faradayův objev byl skutečným průlomem a přinesl výrobcům elektrických zařízení značné výhody. Díky němu bylo možné přijímat proud z mechanické energie. Byl uplatněn zákon odvozený od vědce apoužívá se v zařízení elektrických motorů, různých generátorů, transformátorů atd.
magnetické pole Země
Jupiter, Neptun, Saturn a Uran mají magnetické pole. Naše planeta není výjimkou. V běžném životě si toho téměř nevšimneme. Není hmatatelný, nemá chuť ani vůni. Ale právě s ním jsou spojeny magnetické jevy v přírodě. Jako je polární záře, magnetické bouře nebo magnetorecepce u zvířat.
Země je v podstatě obrovský, ale nepříliš silný magnet, který má dva póly, které se neshodují s geografickými. Magnetické čáry opouštějí jižní pól planety a vstupují na severní. To znamená, že ve skutečnosti je jižní pól Země severním pólem magnetu (proto je na Západě jižní pól označen modře - S a červeně severní pól - N).
Magnetické pole sahá stovky kilometrů od povrchu planety. Slouží jako neviditelná kupole, která odráží silné galaktické a sluneční záření. Při srážce částic záření se zemským obalem vzniká mnoho magnetických jevů. Podívejme se na nejslavnější z nich.
Magnetické bouře
Slunce má silný vliv na naši planetu. Dodává nám nejen teplo a světlo, ale také vyvolává takové nepříjemné magnetické jevy, jako jsou bouře. Jejich vzhled je spojen se zvýšením sluneční aktivity a procesů, které probíhají uvnitř této hvězdy.
Země je neustále ovlivňována tokem ionizovaných částic ze Slunce. Pohybují se srychlostí 300-1200 km/s a jsou charakterizovány jako sluneční vítr. Čas od času však na hvězdě dochází k náhlým výronům velkého množství těchto částic. Působí jako nárazy na zemský plášť a způsobují oscilaci magnetického pole.
Takové bouře obvykle trvají až tři dny. V této době se někteří obyvatelé naší planety necítí dobře. Vibrace skořápky se v nás projevují bolestmi hlavy, zvýšeným tlakem a slabostí. Za život zažije člověk průměrně 2000 bouří.
Severní světla
V přírodě jsou i příjemnější magnetické jevy – polární záře nebo polární záře. Projevuje se v podobě nebeské záře s rychle se měnícími barvami a vyskytuje se hlavně ve vysokých zeměpisných šířkách (67-70°). Při silné aktivitě Slunce je záření pozorováno ještě nižší.
Asi 64 kilometrů nad póly se nabité sluneční částice setkávají se vzdálenými oblastmi magnetického pole. Zde některé z nich míří k magnetickým pólům Země, kde interagují s plyny atmosféry, a proto se objevuje polární záře.
Spektrum záře závisí na složení vzduchu a jeho řídkosti. Červená záře se vyskytuje ve výšce 150 až 400 kilometrů. Modré a zelené odstíny jsou spojeny s vysokým obsahem kyslíku a dusíku. Vyskytují se ve výšce 100 kilometrů.
Magnitorecepce
Hlavní vědou, která studuje magnetické jevy, je fyzika. Některé z nich však mohou souviset i s biologií. Například magnetická citlivost bydleníorganismy – schopnost rozpoznat magnetické pole Země.
Mnoho zvířat, zejména stěhovavých druhů, má tento jedinečný dar. Schopnost magnetorecepce byla nalezena u netopýrů, holubů, želv, koček, jelenů, některých bakterií atd. Pomáhá zvířatům orientovat se ve vesmíru a najít svůj domov, vzdaluje se od něj na desítky kilometrů.
Pokud člověk používá k orientaci kompas, pak zvířata používají zcela přirozené nástroje. Vědci zatím nejsou schopni přesně určit, jak a proč magnetorecepce funguje. Je ale známo, že holubi dokážou najít svůj domov, i když jsou od něj odvezeni stovky kilometrů, a ptáka přitom zavřou do zcela tmavé schránky. Želvy nacházejí své rodiště i po letech.
Díky svým „superschopnostem“zvířata předvídají sopečné erupce, zemětřesení, bouře a další kataklyzmata. Jsou citlivé na kolísání magnetického pole, což zvyšuje schopnost sebezáchovy.
