Magnetismus
Přihlásit se
Magnetismus (2/12) · 10:44

Úvod do magnetismu Základní pojmy magnetismu. Jak fungují magnety?

Navazuje na Matematiku vektorů, Světlo a elektromagnetické vlny.
Už jsme se něco dozvěděli o gravitaci. Už jsme se něco dozvěděli o elektrostatice. Takže je čas se dozvědět o další základní síle ve vesmíru. A tohle je asi druhá nejznámější síla po gravitaci. Je to magnetismus. Odkud to slovo pochází? No, myslím, že některé civilizace – nejsem historik – našli magnetovce, tedy silně magnetické přírodní minerály, které se navzájem přitahují. Anebo dokonce přitáhnou kovové předměty jako železo. Železné předměty. A těm se říká magnetovce. Používá se také magnetit. A důvod, proč se jim říká magnety, je, že jsou pojmenované po magnetovcích, které byly nalezeny blízko řecké provincie Magnesia. A myslím, že lidem, kteří tam žili, se říkalo Magneté. Ale stejně, pokud chcete, na Wikipedii se o tom dozvíte více, než vím já. Pojďme zaměřit na to, co vlastně magnetismus je. A myslím, že většina z nás má nějakou znalost ze života. Všichni jsme si někdy hráli s magnety a používali kompasy. Ale teď vám řeknu, co to opravdu je. Jde o poměrně hlubokou věc. A myslím, že to je docela... Matematicky lze pochopit a manipulovat s magnetismem a vidět vztah s elektřinou. Ukážeme si, že elektrostatické síly a magnetické síly jsou vlastně stejné, jen je vidíme v různých referenčních rámcích. Vím, že to vše zní velmi komplikovaně. Ale v našem klasickém newtonovském světě jsou to pro nás dvě různé síly. To, co říkám, je: Jsme zvyklí na magnetismus stejně jako na gravitaci. A stejně jako gravitace je poměrně záhadná, když nad ní přemýšlíte, tak je záhadný i magnetismus. Takže to jsme si řekli a teď se pojďme o magnetismu něco naučit. Všichni jsme obeznámeni s magnetem. Nechtěl jsem, aby byl žlutý. Mohl jsem udělat žluté hrany. Ne, ani to jsem nechtěl... Takže toto je magnet. Víme, že magnet má vždy dva póly. Má severní pól a jižní pól. A ty jsou značeny tak, jak je to zvykem. Protože když lidé poprvé objevili tyto magnetovce, nebo vzali magnetovec a zmagnetizovali jím jehlu a pak na jehlu dali na korek a vložili do vědra s vodou, pak tato jehla ukázala na severní pól Země. Řekli si: Aha, ta strana jehly, která směřuje na sever, bude severní pól. A ta strana jehly, která směřuje na jižní pól – pardon, strana jehly, která směřuje na geografický jih Země –, bude jižním pólem. Nebo jiný způsob, jak to říct, máme-li magnet, směr magnetu nebo strana magnetu, která se orientuje – pokud se může pohybovat bez tření – k našemu geografickému severu, bude severním pólem magnetu. A na druhé straně je jižní pól. A to je vlastně tak trochu... Samozřejmě říkáme, že vrcholkem Země je severní pól. Víte, že toto je severní pól. A tomuto říkáme jižní pól. A je tu další pojem – magnetický sever. To je místo, kam bude ukazovat kompas. Magnetický sever se pohybuje, kvůli tekutinám (mořím) na Zemi a dalším interakcím. Jde o velmi složité interakce. Magnetický sever je ale ve skutečnosti zhruba v severní Kanadě. Takže magnetický sever může být zde. Toto může být magnetický sever. A magnetický jih, nevím přesně, kde je. Ale může se trochu pohybovat. Není na stejném místě. Takže je to trochu mimo osu zeměpisného severního a jižního pólu. A to je další poněkud zavádějící věc. Magnetický sever je zeměpisná poloha, kam bude ukazovat severní pól magnetu. Ale vlastně by to bylo k jižnímu pólu, pokud byste považovali Zemi za magnet. Takže pokud by Země byla velký magnet, toto by byl jižní pól magnetu. A geografický jižní pól je severní pól magnetu. Wikipedie vám řekne víc. Vím, že je to trochu matoucí. Ale obecně, když většina lidí mluví o magnetickém severu nebo severním pólu, pak mluví o zeměpisné severní oblasti. A jižní pól je jižní zeměpisná oblast. Ale důvod, proč jsme si to vysvětlovali, je, že když budeme vnímat magnety, podobně jako elektřinu, nebo elektrorostatiku - ale já vám ukážu klíčový rozdíl velmi krátce - je to, že opačné póly se přitahují. Takže pokud je tato část magnetu přitahována k severnímu pólu Země, potom severní pól - nebo zemský magnetický sever - vlastně musí být jižní pól tohoto magnetu. A naopak. Jižní pól mého magnetu bude přitahován na magnetický jih Země. Což je vlastně severní pól magnetu, který nazýváme Země. Mimochodem, já teď Zemi odeberu z rovnice, protože to je matoucí. A budeme se držet jen běžných magnetů, protože to bude trochu více konzistentní. Dovolte mi, abych tohle smazal. Tak je to lepší. Vymažu Magnesii. .. Zajímalo by mě, jestli byl hořčík (anglicky magnesium) objeven také v Magnesii. Pravděpodobně. A taky jsem si vyhledal pojem "Milk of Magnesia", to je projímadlo. A to nebylo objeveno v Magnesii, ale obsahuje hořčík. Takže myslím, že kořeny mohou být v Magnesii, pokud byl hořčík v Magnesii objeven. Tak, dost o Magnesii. Zpět na magnety. Takže, pokud je toto magnet, a dovolte mi, nakreslit druhý magnet Vlastně všechno tohle vymažu. Dobrá. Dovolte mi nakreslit ještě dva magnety. .. Víme z pokusů, které jsme jako děti dělali, že toto je severní pól, to je jižní pól. Tento severní pól bude přitahován k jižnímu pólu jiného magnetu. A že kdybych obrátil tento magnet, tak by vlastně odpuzoval sever - dva severní póly magnetů by se vzájemně odpuzovaly. A tak máme tuto zkušenost, stejně jako jsme měli v elektrostatice, že magnet vytváří pole. To vytváří tyto okolní vektory (siločáry). Když dáte do tohoto pole něco , co může být ovlivněno, bude na to působit síla. Než se pustíme do magnetického pole, chci upozornit na rozdíl mezi magnetismem a elektrostatikou. Magnetismus je vždy v podobě dipólu. Co dipól znamená? To znamená, že máme dva póly. Severní a jižní. V elektrostatice, máte dva náboje. Máte kladný náboj a záporný náboj. Takže máte dva náboje. Ale náboje mohou být samy o sobě. Můžete mít pouze proton. Nemusíte mít přímo u něj elektron. Můžete mít pouze proton, který vytvoří pozitivní elektrostatické pole. A naše siločáry jsou tím, co by pozitivní náboj udělal. A byl by odpuzován. Takže nemusíte mít vždy přímo tam záporný náboj. Stejně tak byste mohli mít jen elektron. A nemusíte tam mít proton. Můžete mít jen jeden typ náboje. Jedná se o tzv. mono-pól, když máte jen jeden náboj v elektrostatice. Ale s magnetismem máte vždy di-pól. Kdybych vzal tento magnet a rozřízl ho na poloviny, nějak zázračně by se ty půlky změnily na další dva magnety. Kde toto bude jih, a toto sever, toto bude jih, a toto sever. A vlastně, teoreticky, četl jsem si o tom - mé vlastní znalosti nejsou tak hluboké - mohlo by existovat něco jako magnetický monopól, ačkoliv se s tím ještě v přírodě nikdo nesetkal. Všechno, co jsme viděli v přírodě je dipól. Mohli byste stále půlit, dokud by vám nezůstal poslední elektron. A vlastně i jediný elektron je stále magnetický dipól. Má stále severní pól a jižní pól. A vlastně u všech magnetů je magnetické pole generované elektrony obsaženými v daném magnetu. Rotací elektronů. Víte, že když hovoříme o rotaci elektronu, tak si představíme malou rotující kouli s nábojem. Ale elektrony - toto je složité - mají hmotnost. Ale začíná být nejasné, zda jsou energií nebo hmotou. A pak, jak se energetická koule točí? A tak dále. A to už je téměř metafyzické. Takže se do toho nechci příliš zaplétat. A upřímně řečeno, nemyslím si, že to můžete intuitivně pochopit. To je oblast, o které běžně nepřemýšlíme. Ale i běžné velké magnety generují magnetické pole pomocí rotujících elektronů a pomocí vlastního magnetického pole generovaného elektrony pohybujícími se kolem protonů. No, doufám, že jsem vás nezahltil... Můžete se ptát: jak to, že někdy je kovová tyč zmagnetizována a někdy ne? Když se všechny elektrony pohybují náhodně v rámci dané kovové tyče, pak tyč není zmagnetizována. Magnetické rotace, nebo magnetismus vytvářený elektrony se navzájem ruší, protože se jedná o náhodný pohyb. Když jsou rotující elektrony uspořádány a pokud je sladěna i jejich rotace, pak budete mít zmagnetizovanou tyč. Ale stejně, už uplynulo 10 minut a doufejme, že že už chápete, co je to magnet. A v dalším videu ukážu, jaký vliv má. Vysvětlíme si, jak chápat magnetické pole a také jaký je vliv magnetického pole na elektron. Nebo ne na elektron, ale na pohybující se náboj. Uvidíme se v dalším videu. ..
video