Magnetizmus Grécky filozof Tháles z Milétu sa ako prvý zaoberal štúdiom prítažlivosti, ktorú prirodzený magnet žel. rudy prejavuje voci bežnému železu. To bolo okolo roku 600 p. n. l., ale trvalo ešte stovky rokov, než bol magnetizmus po prvý ráz využitý k praktickému úcelu, napríklad vo forme kompasu. Cínania mali pravdepodobne primitívnu formu magnetického kompasu zhruba pred rokom 200. V Európe sa však kompas objavil až po r. 1200. Preco prirodzený magnet vždy ukazuje rovnakým smerom, ked sa môže volne otácat, ostávalo po storocia záhadou. Dnes už vieme, že železo a iné magnetické materiály sú zložené z drobných zmagnetizovaných castí nazývaných domény. Tie za normálnych okolností nie sú usporiadané a kov nevykazuje žiadny celkový magnetizmus. Ked sú domény zoradené tak, že ich póly smerujú rovnakým smerom, je kov zmagnetizovaný a pritahuje napríklad železné predmety. Staré národy poznali niektoré magnetické javy rovnako dobre, ako elektrostatické javy. V prírode sa vyskytujú železné rudy, ktoré sú zmagnetované, a preto pritahujú k sebe iné feromagnetické telesá. Starí Gréci sa nazdávali, že magnetické sily majú ten istý pôvod, ako elektrostatické sily. V 16. Storocí sa vedci opierali viac o experimenty, ako o svoje úvahy pri objavovaní prírodných zákonov, a tak prišli k záveru, že magnetické a elektrostatické javy od seba nezávisia. Nepodarilo sa objavit silové pôsobenie medzi elektricky nabitým telesom a magnetom. Dánsky ucitel fyziky Hans Christian Oersted objavil v r. 1820 náhodou silu pôsobiacu medzi pohybujúcim sa nábojom a magnetom. Na konci hodiny fyziky sa rozhodol demonštrovat, že medzi javmi elektrickými a magnetickými neexistuje žiadna súvislost. Do blízkosti magnetickej strelky dal vodic, ktorým tiekol elektrický prúd. Podla slov jedného z jeho žiakov: „Bol celkom zmätený, ked videl silne kmitajúcu strelku.“ Tak znova ožila stará predstava o súvislosti medzi elektrickými a magnetickými javmi. Na tomto mieste mám v úmysle vysvetlit, preco je silové pôsobenie magnetov v úplnom súhlase so silovým pôsobením elektrických prúdov. Ako sa správa tycový magnet vložený do rovnorodého vonkajšieho magnetického pola? Fyzici v minulosti, aby vysvetlili tento jav, predpokladali, že tycový magnet má dva póly. Severný pól s magnetickým množstvom +m a južný pól s magnetickým množstvom – m. Dalej predpokladali, že na magnetický pól pôsobí sila F=mH Silové pôsobenie medzi magnetmi vysvetlovali nasledovne: magnetické množstvo m1 vytvára magnetické pole s intenzitou H=m1/4píu0r2, ktorá pôsobí na druhé magnetické množstvo m2 , takže pôsobiaca sila F=m1m2/4píu0r2. Mohli ste si všimnút, že tento vztah z magnetostatiky je formálne matematicky rovnaký, ako vztah pre elektrostatickú silu. Celkový pocet magnetických silociar v okolí magnetického množstva m urcuje vztah m NH= ––– u0 Priebeh magnetických silociar v okolí tycového magnetu je rovnaký, ako priebeh elektrických silociar v elektrostatickom poli vytvorenom dvoma nábojmi opacných znamienok. Magnetické pole v okolí solenoidu je rovnaké, ako magnetické pole v okolí tycového magnetu. To nás privádza na myšlienku, ci aj tycový magnet nie je v podstate solenoid s akýmsi „tajomným“ vnútorným prúdom, ktorý nikdy nezaniká. Ak vložíme do vonkajšieho magnetického pola solenoid, tento sa snaží, rovnako ako tycový magnet, otocit do smeru intenzity magnetického pola. Podla druhého pravidla pravej ruky, sila pôsobiaca na dolnú cast závitu smeruje dolu a sila pôsobiaca na hornú cast závitu smeruje hore. Sily pôsobiace na strany sa navzájom rušia, pretože sú rovnako velké, proti sebe orientované a pôsobia v jednej priamke. Na každý závit podla toho pôsobí dvojica síl, ktorá sa snaží otocit cievku proti pohybu hodinových ruciciek do smeru magnetických silociar. Táto dvojica síl sa využíva v elektromotoroch. Tieto sily spôsobujú rotáciu cievky proti pohybu hodinových ruciciek. Ked sa slucka otocí o uhol 180°, pôsobí na nu elektrický prúd tými istými silami. Ak tento jednoduchý pravouhlý závit uvedieme do pohybu, bude sa zotrvacnostou otácat proti pohybu hodinových ruciciek. Ak na cievku pripojíme dlhú rucicku a pružinku, bude výchylka rucicky tým väcšia, cím väcší prúd použijeme. Toto je princíp ampérmetra. V r. 1836 Ampére , aby vysvetlil vlastnosti tycového magnetu, predpokladal, že je to v podstate solenoid so „vstavanými“ prúdmi, ktoré pretekajú po jeho vonkajšom povrchu. Ampére povedal: „...na základe jednoduchého porovnávania faktov sa mi zdá byt nemožné pochybovat o tom, že tieto prúdy okolo osi magnetu skutocné pretekajú.“ Ampérov prúd pripadajúci na jednotkovú dlžku tycového magnetu i´. Podla vztahu je celkový pocet magnetických silociar NH= i´A Ak však uvažujeme magnetické množstvo m v póle magnetu , môžeme písat m NH= –––– u0 Podla toho m ––– = i´A u0 m = u0 i´A ciže m i´= –––– u0A Tak je vyjadrená závislost magnetického množstva magnetu alebo solenoidu od cirkulujúceho prúdu. Ale odkial je tento trvalý prúd? Na vysvetlenie Ampére použil schému molekúl feromagnetickej látky a s nimi spojených cirkulujúcich prúdov, ktoré pretekajú v uzavretých okruhoch bez odporu. Predpokladal, že vonkajšie magnetické pole môže usporiadat tieto molekuly navzájom paralelne, takže ich elementárne magnetické polia sa scítavajú. Elementárne prúdy sa scítavajú a vytvárajú výsledný povrchový prúd. Všimnime si, že prúdy vo vnútri sa navzájom rušia. Tento výklad magnetických javov, ktorý predstihol objavenie elektrónu približne o 60 rokov, bol jasnou predzvestou našich moderných poznatkov o atómovej štruktúre a o teórií magnetizmu. Ampérové elektrické okruhy s nulovým odporom presne zodpovedajú pohybu elektrónov v Bohrovom modeli atómu. Každý elektrón v tomto modeli predstavuje trvalý prúd, podobný jednoduchému závitu v solenoide. Vo väcšine atómov sú tieto elektrónové dráhy, ciže prúdové slucky orientované tak, že sa navzájom rušia. Feromagnetické látky, ako je železo, kobalt a nikel, majú nasledujúce
dve vlastnosti:
- 1. V ich atómoch sa elektrónové dráhy a elektrónový spin (rotujúci náboj) navzájom
- 2. Dva susedné atómy pôsobia na seba silami, ktoré sa snažia usporiadat atómy tak,