Esineiden magneettinen vuorovaikutus on yksi perusprosesseista, jotka hallitsevat kaikkea universumissa. Sen näkyvät ilmentymät ovat magneettisia ilmiöitä. Niitä ovat revontulet, magneettien vetovoima, magneettiset myrskyt jne. Miten ne syntyvät? Mitä ne ovat?
Magnetismi
Magneettisia ilmiöitä ja ominaisuuksia kutsutaan yhteisesti magnetismiksi. Niiden olemassaolo on ollut tiedossa jo pitkään. Oletetaan, että jo neljätuhatta vuotta sitten kiinalaiset käyttivät tätä tietoa kompassin luomiseen ja merimatkojen navigointiin. Kokeiden tekeminen ja fyysisen magneettisen ilmiön vakava tutkiminen aloitettiin vasta 1800-luvulla. Hans Oerstediä pidetään yhtenä ensimmäisistä tutkijoista tällä alalla.
Magneettisia ilmiöitä voi esiintyä sekä avaruudessa että maan päällä, ja niitä voi esiintyä vain magneettikentissä. Tällaiset kentät syntyvät sähkövarauksista. Kun varaukset ovat paikallaan, niiden ympärille muodostuu sähkökenttä. Kun ne liikkuvat - magneettikenttä.
Toisin sanoen magneettikentän ilmiö ilmenee:n syntyessäsähkövirta tai vaihtosähkökenttä. Tämä on avaruuden alue, jossa magneetteihin ja magneettijohtimiin vaikuttava voima vaikuttaa. Sillä on oma suunta ja se pienenee liikkuessaan pois lähteestään - johtimesta.
Magneetit
Kehoa, jonka ympärille muodostuu magneettikenttä, kutsutaan magneetiksi. Pienin niistä on elektroni. Magneettien vetovoima on tunnetuin fyysinen magneettinen ilmiö: jos kiinnität kaksi magneettia toisiinsa, ne joko houkuttelevat tai hylkivät. Kyse on heidän asemastaan suhteessa toisiinsa. Jokaisella magneetilla on kaksi napaa: pohjoinen ja etelä.
Samannimiset navat hylkivät toisiaan, kun taas vastakkaiset navat päinvastoin vetävät puoleensa. Jos leikkaat sen kahtia, pohjois- ja etelänavat eivät eroa. Tuloksena saamme kaksi magneettia, joista jokaisessa on myös kaksi napaa.
On olemassa useita materiaaleja, jotka ovat magneettisia. Näitä ovat rauta, koboltti, nikkeli, teräs jne. Niiden joukossa on nesteitä, seoksia, kemiallisia yhdisteitä. Jos magneetteja pidetään lähellä magneetteja, niistä tulee itsestään sellainen.
Aineet, kuten puhdas rauta, saavat helposti tämän ominaisuuden, mutta myös sanovat sille nopeasti hyvästit. Toisten (kuten teräksen) magnetoituminen kestää kauemmin, mutta ne säilyttävät vaikutuksensa pitkään.
Magnetisointi
Olemme todenneet edellä, että magneettikenttä syntyy, kun varautuneet hiukkaset liikkuvat. Mutta millaisesta liikkeestä voidaan puhua esimerkiksi jääkaapin päällä roikkuvassa raudanpalassa? Kaikkiaineet koostuvat atomeista, jotka sisältävät liikkuvia hiukkasia.
Jokaisella atomilla on oma magneettikenttä. Mutta joissakin materiaaleissa nämä kentät on suunnattu satunnaisesti eri suuntiin. Tästä johtuen niiden ympärille ei muodostu yhtä suurta kenttää. Tällaiset aineet eivät pysty magnetisoitumaan.
Muissa materiaaleissa (rauta, koboltti, nikkeli, teräs) atomit pystyvät asettumaan riviin siten, että ne kaikki osoittavat samalla tavalla. Tämän seurauksena niiden ympärille muodostuu yhteinen magneettikenttä ja keho magnetoituu.
On käynyt ilmi, että kappaleen magnetoituminen on sen atomien kenttien järjestystä. Tämän järjestyksen rikkomiseksi riittää, että lyöt sitä voimakkaasti esimerkiksi vasaralla. Atomien kentät alkavat liikkua kaoottisesti ja menettävät magneettiset ominaisuutensa. Sama tapahtuu, jos materiaalia kuumennetaan.
Magneettinen induktio
Magneettiset ilmiöt liittyvät liikkuviin varauksiin. Joten sähkövirralla varustetun johtimen ympärille syntyy varmasti magneettikenttä. Mutta voiko se olla toisinkin päin? Englantilainen fyysikko Michael Faraday esitti kerran tämän kysymyksen ja löysi magneettisen induktion ilmiön.
Hän päätteli, että vakiokenttä ei voi aiheuttaa sähkövirtaa, mutta muuttuva kenttä voi. Virta esiintyy magneettikentän suljetussa piirissä ja sitä kutsutaan induktioksi. Tässä tapauksessa sähkömotorinen voima muuttuu suhteessa kentän nopeuden muutokseen, joka läpäisee piirin.
Faradayn löytö oli todellinen läpimurto ja toi huomattavia etuja sähkönvalmistajille. Hänen ansiostaan oli mahdollista saada virtaa mekaanisesta energiasta. Tiedemiehen päättämää lakia sovellettiin jakäytetään sähkömoottoreissa, erilaisissa generaattoreissa, muuntajissa jne.
Maan magneettikenttä
Jupiterilla, Neptunuksella, Saturnuksella ja Uranuksella on magneettikenttä. Planeettamme ei ole poikkeus. Tavallisessa elämässä emme juuri huomaa sitä. Se ei ole käsin kosketeltavaa, sillä ei ole makua tai hajua. Mutta häneen liittyy luonnon magneettiset ilmiöt. Kuten aurora, magneettiset myrskyt tai magnetoreseptio eläimillä.
Pohjimmiltaan maapallo on v altava, mutta ei kovin vahva magneetti, jossa on kaksi napaa, jotka eivät ole samat kuin maantieteelliset. Magneettiset viivat lähtevät planeetan etelänav alta ja tulevat pohjoiseen. Tämä tarkoittaa, että itse asiassa Maan etelänapa on magneetin pohjoisnapa (siksi lännessä etelänapa on merkitty sinisellä - S, ja punainen tarkoittaa pohjoisnapaa - N).
Magneettinen kenttä ulottuu satojen kilometrien päähän planeetan pinnasta. Se toimii näkymätönnä kupolina, joka heijastaa voimakasta galaktista ja auringon säteilyä. Säteilyhiukkasten törmäyksessä Maan kuoren kanssa muodostuu monia magneettisia ilmiöitä. Katsotaanpa niistä kuuluisimpia.
Magneettiset myrskyt
Auringolla on voimakas vaikutus planeettaamme. Se ei ainoastaan anna meille lämpöä ja valoa, vaan aiheuttaa myös sellaisia epämiellyttäviä magneettisia ilmiöitä kuin myrskyt. Niiden esiintyminen liittyy auringon aktiivisuuden lisääntymiseen ja tämän tähden sisällä tapahtuviin prosesseihin.
Ionisoituneiden hiukkasten virtaus Auringosta vaikuttaa jatkuvasti maahan. He liikkuvat mukananopeudella 300-1200 km/s ja niitä luonnehditaan aurinkotuuleksi. Mutta aika ajoin tähdellä tapahtuu äkillisiä v altavan määrän näistä hiukkasista irtoamista. Ne toimivat kuin iskuja maan kuoreen ja saavat magneettikentän värähtelemään.
Tällaiset myrskyt kestävät yleensä jopa kolme päivää. Tällä hetkellä jotkut planeettamme asukkaista voivat huonosti. Kuoren värähtely heijastuu meihin päänsärkynä, kohonneina paineina ja heikkoutena. Ihminen kokee elämänsä aikana keskimäärin 2 000 myrskyä.
Revontulet
Luontossa on myös miellyttävämpiä magneettisia ilmiöitä - revontulia tai revontulia. Se ilmenee taivaan hehkuna nopeasti muuttuvilla väreillä ja esiintyy pääasiassa korkeilla leveysasteilla (67-70 °). Auringon voimakkaalla aktiivisuudella säteily näkyy vieläkin alhaisempana.
Noin 64 kilometriä napojen yläpuolella varautuneet aurinkohiukkaset kohtaavat magneettikentän kauas. Täällä osa heistä suuntaa Maan magneettinapoille, missä ne ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän kaasujen kanssa, minkä vuoksi revontulia ilmestyy.
Hehkun spektri riippuu ilman koostumuksesta ja sen harvinaisuudesta. Punaista hehkua esiintyy 150-400 kilometrin korkeudessa. Siniset ja vihreät sävyt liittyvät korkeaan happi- ja typpipitoisuuteen. Ne esiintyvät 100 kilometrin korkeudessa.
Magnitorvastaanotto
Magneettisia ilmiöitä tutkiva päätiede on fysiikka. Jotkut niistä voivat kuitenkin liittyä myös biologiaan. Esimerkiksi elämisen magneettinen herkkyysorganismit - kyky tunnistaa Maan magneettikenttä.
Monilla eläimillä, varsinkin vaelluslajilla, on tämä ainutlaatuinen lahja. Magnetoreseptiokyky löydettiin lepakoista, kyyhkyistä, kilpikonnista, kissoista, peuroista, joistakin bakteereista jne. Se auttaa eläimiä navigoimaan avaruudessa ja löytämään kotinsa siirtyen pois siitä kymmenien kilometrien päähän.
Jos ihminen käyttää kompassia orientoitumiseen, niin eläimet käyttävät täysin luonnollisia työkaluja. Tutkijat eivät vielä pysty määrittämään tarkasti, kuinka ja miksi magnetoreseptio toimii. Mutta tiedetään, että kyyhkyset voivat löytää kotinsa, vaikka ne viedään satojen kilometrien päähän siitä, samalla kun ne sulkevat linnun täysin pimeään laatikkoon. Kilpikonnat löytävät syntymäpaikkansa jopa vuosia myöhemmin.
"Supervoimiensa" ansiosta eläimet ennakoivat tulivuorenpurkauksia, maanjäristyksiä, myrskyjä ja muita kataklysmejä. Ne ovat herkkiä magneettikentän vaihteluille, mikä lisää kykyä itsesäilytykseen.
