Jak działają magnesy? Tajemnica pola magnetycznego

Od dziecka uczymy się, że magnesy trzymają nasze notatki na lodówce, ale rzadko zastanawiamy się, jak działają magnesy i skąd bierze się ta magiczna siła. Żeby to zrozumieć, musimy użyć wyobraźni i zajrzeć do ekstremalnie małego, niewidzialnego gołym okiem świata kręcących się cząsteczek!

Działanie magnesu to efekt ruchu elektronów wewnątrz atomów. W materiałach takich jak żelazo czy kobalt elektrony obracają się w tym samym kierunku, tworząc uporządkowane "domeny magnetyczne". Gdy miliony takich domen połączą swoje siły, generują potężne pole magnetyczne, które przyciąga inne metale.

Rozpędzone elektrony, czyli małe prądnice

Zapewne kojarzysz ze szkoły, że wszystko na świecie zbudowane jest z atomów. W każdym takim atomie, niczym maleńkie planety wokół Słońca, krążą elektrony. A każdy z nich, pędząc po swojej orbicie, obraca się dodatkowo wokół własnej osi - fizycy nazywają ten obrót spinem.

I tu zaczyna się magia! Kiedy ładunek elektryczny (jakim jest elektron) się porusza, automatycznie wytwarza wokół siebie miniaturowe pole magnetyczne. W zwykłych przedmiotach, np. w drewnie czy plastiku, te małe elektrony kręcą się chaotycznie w różnych kierunkach, więc ich siły się nawzajem kasują. W magnesach sprawa wygląda zupełnie inaczej.

Dysko w jednym rytmie, które tworzy wielką siłę

Wyobraź sobie ogromną dyskotekę, na której każdy tańczy we własnym stylu - panuje chaos. Ale nagle wszyscy zaczynają robić dokładnie ten sam krok w tę samą stronę. Właśnie to dzieje się wewnątrz magnesu. W materiałach zwanych ferromagnetykami (takich jak żelazo) elektrony postanowiły "tańczyć" w tym samym kierunku.

Grupują się w małe, zmilitaryzowane oddziały, które nazywamy domenami magnetycznymi. Kiedy wszystkie te oddziały ustawią się w jednym szeregu, ich mikroskopijne siły dodają się do siebie, tworząc jedno wielkie, potężne pole magnetyczne rozciągające się poza sam materiał.

Złote zasady magnetyzmu w pigułce

Niezależnie od tego, czy mówimy o potężnym magnesie z dźwigu na złomowisku, czy o małej pamiątce z wakacji z lodówki, zasady są zawsze takie same:

• Każdy magnes ma dwa bieguny - Północny (N) i Południowy (S). I tu obowiązuje złota zasada: przeciwieństwa się przyciągają, a takie same strony odpychają się z furią.
• Jeśli przetniesz magnes na pół - nie dostaniesz samego bieguna N i samego bieguna S! Otrzymasz dwa nowe, w pełni kompletne i urocze magnesiki, z których każdy będzie miał znowu swoje N i S.
• Z wiekiem mogą słabnąć - choć magnesy wydają się wieczne, wysoka temperatura albo mocne uderzenia mogą "rozregulować" szyki elektronów i odebrać im magiczną moc.

Dlaczego magnes ignoruje złoto i miedź?

Pewnie zauważyłeś, że magnes to dość wybredny pracownik. Błyskawicznie chwyci stalowy gwóźdź albo śrubokręt, ale całkowicie zignoruje złotą obrączkę, aluminiową puszkę czy miedziany drut. Dlaczego tak się dzieje?

Wszystko zależy od budowy wewnętrznej metalu. W złocie czy aluminium elektrony dobierają się w pary tak niefortunnie, że ich spiny (czyli kierunki obrotu) całkowicie się znoszą. Choć to drogie i błyszczące materiały, dla pola magnetycznego są po prostu przezroczyste i nudne!

Kiedy następnym razem oderwiesz od lodówki pamiątkowy magnes z napisem "Pozdrowienia z Mielna", pomyśl, że właśnie trzymasz w palcach miliardy idealnie zsynchronizowanych elektronów, które każdego dnia niestrudzenie pracują tylko po to, by nie spadła ci lista zakupów!