Magnetno polje ne možemo direktno da vidimo, ali možemo da primetimo njegove posledice kada magnet privuče određeni predmet ili utiče na drugi magnet. Oko magneta postoji područje u kojem deluje magnetna sila, a njegov oblik i jačina zavise od načina na koji su u materijalu uređeni mikroskopski magnetni momenti. Zbog toga magnet nije samo komad metala koji privlači gvožđe, već telo čija unutrašnja struktura omogućava stvaranje uređenog magnetnog delovanja.
Da bi se razumelo kako nastaje magnetno polje, važno je povezati pojave koje se dešavaju na veoma maloj skali sa onim što opažamo spolja. Elektroni u atomima imaju osobine povezane sa magnetnim momentom, a u određenim materijalima veliki broj tih doprinosa može biti usmeren na sličan način. Kada se dovoljno njih uskladi, njihovi efekti se sabiraju i stvaraju merljivo magnetno polje oko predmeta.
Odakle potiče magnetno delovanje?
Na mikroskopskom nivou magnetno ponašanje materije povezano je sa električnim nabojem i osobinama elektrona. Elektroni imaju spin i orbitalno kretanje koje je povezano sa magnetnim momentom. U mnogim materijalima doprinosi pojedinačnih atoma se međusobno uglavnom poništavaju, pa predmet nema izraženo spoljašnje magnetno delovanje.
Kod feromagnetnih materijala, kao što su gvožđe, nikl i kobalt, postoje oblasti u kojima magnetni momenti velikog broja atoma mogu biti uređeni u sličnom smeru. Te oblasti nazivaju se magnetni domeni. Kada su domeni orijentisani nasumično, njihovi efekti se uglavnom poništavaju, ali kada se veliki broj njih usmeri približno zajedno, nastaje izražen magnetni efekat.
Zato trajni magnet može zadržati svoje magnetno stanje i kada nema priključen spoljašnji izvor električne energije. Njegovo polje potiče od uređenosti unutrašnjih magnetnih momenata, a ne od toga što kroz njega u tom trenutku mora da teče električna struja.
Šta zapravo predstavlja magnetno polje?
Magnetno polje je način da opišemo kako magnetno delovanje izgleda u prostoru oko izvora. U svakoj tački možemo odrediti smer i jačinu magnetnog polja. Uobičajeno se predstavlja linijama magnetnog polja, iako te linije nisu stvarne niti materijalne niti postoje kao tanke niti koje lebde oko magneta.
Kod štapnog magneta linije polja spolja možemo prikazati kao lukove koji izlaze iz severnog pola i ulaze u južni pol, dok unutar magneta imaju zatvorenu putanju. Gde su linije gušće nacrtane, magnetno polje je jače. Ovakav prikaz pomaže da se vidi zašto je dejstvo magneta naročito izraženo blizu njegovih krajeva.
Jačina polja opada sa udaljavanjem od izvora, mada tačna zavisnost zavisi od oblika magneta i rasporeda njegovog magnetizma. Zbog toga predmet koji je dovoljno blizu može snažno reagovati, dok na većoj udaljenosti isti magnet može imati veoma slab uticaj.
Zašto magnet privlači neke materijale, a druge ne?
Magnetno polje ne deluje jednako na sve materijale. Gvožđe, nikl i kobalt mogu snažno reagovati jer njihova unutrašnja struktura omogućava promene u rasporedu magnetnih domena. Kada se takav predmet približi magnetu, njegovi domeni mogu postati delimično usmereni, pa predmet dobija magnetizovano stanje i biva privučen.
Materijali poput bakra, aluminijuma, drveta, stakla i plastike ne ponašaju se na isti način. Neki od njih imaju veoma slabu magnetnu reakciju, ali ona nije dovoljno jaka da bi se u svakodnevnom posmatranju ponašali kao gvožđe. Zato tvrdnja da magnet „privlači metal“ nije precizna - mnogi metali nisu feromagnetni.
Kod magnetnog delovanja važna je i udaljenost. Ako se između magneta i predmeta poveća razmak, dejstvo polja slabi. Oblik magneta takođe menja raspored polja, pa dva magneta iste mase ne moraju imati istu jačinu niti isti obrazac delovanja u prostoru.
Kako električna struja stvara magnetno polje?
Magnetno polje nije ograničeno na trajne magnete. Električna struja, odnosno usmereno kretanje električnog naboja, takođe stvara magnetno polje. Oko provodnika kroz koji teče struja polje ima kružni raspored, a njegov smer može se odrediti pravilom desne ruke.
Ako se provodnik namota u zavojnicu, pojedinačna magnetna polja njegovih delova mogu se sabirati. Takva zavojnica naziva se solenoid kada ima odgovarajuću geometriju, a dodavanjem feromagnetnog jezgra može se dobiti znatno jače polje. Na tom principu rade elektromagneti, koji mogu uključivati i isključivati magnetno delovanje kontrolom struje.
Elektromagnet pokazuje da magnetno polje može nastati i bez trajnog magneta. Kada se struja prekine, glavni izvor polja nestaje, dok ponašanje jezgra zavisi od njegovog materijala i konstrukcije. Ovaj princip koristi se u relejima, motorima, zvučnicima i brojnim drugim uređajima.
Šta se dešava kada približimo dva magneta?
Kada se dva magneta približe, njihova magnetna polja međusobno deluju. Ako se približe suprotni polovi, sila može biti privlačna, dok se isti polovi odbijaju. Nije potrebno da se magneti fizički dodirnu da bi došlo do sile, jer se interakcija odvija kroz njihova polja u prostoru.
Način na koji se magneti okreću takođe je posledica magnetnog polja. Slobodno postavljen štapni magnet teži da se usmeri u određenom pravcu, što je povezano sa Zemljinim magnetnim poljem. Kompas koristi upravo tu osobinu: magnetizovana igla reaguje na polje planete i zauzima položaj približno duž pravca sever-jug.
Suština je u tome da magnetno polje predstavlja prostorni opis magnetnog delovanja koje potiče od uređenih magnetnih momenata u materijalu ili od električnih struja i kretanja naboja. Kod trajnog magneta veliki broj mikroskopskih doprinosa deluje usklađeno, pa njihov zbir postaje dovoljno jak da utiče na okolne predmete. Ono što ne vidimo direktno ipak možemo jasno da merimo i prepoznamo po silama koje polje izaziva.
