Acasă » Curent continuu » 14 - Electromagnetism
- Magnetul natural sau magnetitul este un magnet permanent natural. Prin permanent se înţelege faptul că materialul poate menţine câmpul magnetic fără niciun ajutor extern. Proprietatea oricărui material de a realiza acest lucru se numeşte remanenţă
- Materialele feromagnetice sunt uşor de magnetizat
- Materialele paramagnetice sunt mai greu de magnetizat
- Materialele diamagnetice tind să respingă câmpurile magnetice prin magnetizarea în direcţie opusă
Scurt istoric
Faptul că unele tipuri de roci minerale posedă proprietăţi neobişnuite de atracţie atunci când se află în apropierea fierului, a fost descoperit cu secole în urmă. Una dintre aceste minerale speciale, magnetul natural sau magnetitul, este menţionat cu aproximativ 2500 de ani în urmă în Europa şi chiar mai devreme în Orientul Îndepărtat ca şi subiect de curiozitate. Mai târziu este folosit în navigaţie, utilizând descoperirea că o bucată din acest material neobişnuit tinde să se orienteze pe direcţia nord-sud dacă este lăsat să se rotească liber (suspendat la capătul unui fir sau plutind pe apă). În 1269, Pierre de Maricourt întreprinde un studiu ştiinţific ce arată că şi fierul poate fi „încărcat” în mod similar cu această proprietate prin frecarea acestuia de unul dintre „polii” magnetului.
Polul nord şi polul sud al materialelor magnetice
Spre deosebire de sarcinile electrice, materialele magnetice posedă doi poli cu efecte opuse, denumite nord şi sud după modul lor de orientare faţă de pământ. După cum a descoperit şi Maricourt, este imposibilă separarea celor doi poli unul de altul prin secţionarea magnetului în două: fiecare nouă bucată de material posedă propriul sau set de poli nord şi sud.
Asemenea sarcinilor electrice, există doar două tipuri de poli: nord şi sud, prin analogie cu sarcinile pozitive şi negative. Asemenea sarcinilor electrice, polii asemenea se resping, iar ce opuşi se atrag. Această forţă, asemenea forţei cauzate de electricitatea statică (vezi şi câmpul, forţa şi fluxul magnetic şi electric), se extinde invizibil prin spaţiu şi poate chiar să treacă prin obiecte precum hârtia sau lemnul fără ca intensitatea sa să scadă simţitor.
Câmpul magnetic
Rene Descartes a fost cel care a făcut observaţia conform căreia câmpul magnetic „invizibil” poate fi observat plasând un magnet sub o bucată de hârtie/lemn şi presărând deasupra pilitură de fier (vezi poza de sus). Bucăţile de fier se vor alinia de-a lungul câmpului magnetic, „desenându-i” practic forma. Rezultatul experimentului arată faptul că liniile de câmp continuă neîntrerupte de la un pol al magnetului spre celălalt:
Forţa, fluxul şi liniile de câmp
Precum este cazul oricărui tip de câmp (electric, magnetic, gravitaţional), cantitatea totală, sau efectul câmpului, este desemnată prin noţiunea de flux, iar „împingerea” ce dă naştere fluxului în spaţiu poartă numele de forţă. Termenul de „tub” a fost folosit iniţial de Michael Faraday pentru desemnarea a ceea ce acum sunt denumite linii de câmp, şi anume, succesiunea fluxului magnetic în spaţiu, sau mai bine spus, forma sa. Într-adevăr, mărimea câmpului magnetic este adesea definită ca şi numărul liniilor de câmp, deşi este greu de crezut că asemenea linii discrete şi constante există cu adevărat în realitate.
Producerea câmpului magnetic
Teoria modernă a magnetismului susţine că producerea câmpului magnetic se datorează sarcinii electrice aflate în mişcare; acest lucru ar însemna că acest câmp magnetic „permanent” al magneţilor este de fapt rezultatul mişcării uniforme în aceeaşi direcţie a electronilor din interiorul atomilor de fier. Un astfel de comportament al electronilor în interiorul atomilor depinde de structura atomica a fiecărui material în parte. Astfel, doar anumite tipuri de substanţe reacţionează cu câmpurile magnetice, şi un număr şi mai mic dintre ele posedă abilitatea de susţinere a unui câmp magnetic permanent.
Magnetizarea materialelor feromagnetice
Fierul este unul dintre materialele ce poate fi uşor magnetizat. Dacă un corp de fier este adus în preajma unui magnet permanent, electronii din interiorul atomilor de fier se reorientează în direcţia câmpului produs de magnet iar fierul devine „magnetizat”. Magnetizarea fierul se realizează astfel încât să încorporeze liniile câmpului magnetic în forma sa, ceea ce se traduce printr-o atracţie faţă de magnetul permanent indiferent de orientarea acestuia faţă de corpul de fier:
Corpul de fier iniţial nemagnetizat devine magnetizat după ce este adus în apropierea magnetului permanent. Indiferent ce pol este adus în apropierea fierului, acesta din urmă se va magnetiza în aşa fel încât să fie atras de magnet.
Luând ca şi referinţă proprietăţile magnetice naturale ale fierului, numim material feromagnetic acel material care se magnetizează uşor (electronii atomilor săi se aliniază uşor câmpului magnetic extern). Toate materialele sunt magnetice într-o anumită măsură, iar cele care nu sunt considerate feromagnetice sunt clasificate fie ca şi materiale paramagnetice (uşor magnetice) sau diamagnetice.
Magnetizarea materialelor diamagnetice
Dintre cele două, materialele diamagnetice sunt cele mai ciudate. În prezenţa unui câmp magnetic extern, devin uşor magnetizate în direcţie opusă, astfel că resping câmpul magnetic extern!
Remanenţa
În cazul în care un material feromagnetic îşi menţine starea de polarizare şi după încetarea câmpului magnetic extern, spunem că acest material are remanenţă (magnetică) bună. Această proprietate este o calitate necesară pentru un magnet permanent.