Γιατί ένας μαγνήτης έχει βόρειο και νότιο πόλο;
Η κοπή μιας μαγνητικής ράβδου στη μέση δεν θα απογυμνώσει τους πόλους της. Θα παράγει μόνο δύο μαγνήτες, ο καθένας με έναν βόρειο πόλο που θα έλκεται από τον νότιο πόλο του άλλου μαγνήτη και αντίστροφα.
Αυτή η βασική ιδιότητα της έλξης είναι που κάνει τους μαγνήτες χρήσιμους για τόσους πολλούς σκοπούς, από το να κρατάτε μια πρόσκληση σε πάρτι στο ψυγείο μέχρι να κάνετε ιατρική απεικόνιση.
Πώς όμως προκύπτουν αυτοί οι πόλοι; Γιατί ένας μαγνήτης έχει βόρειο και νότιο πόλο;
Οι μαγνήτες είναι «ένα από τα βαθύτερα μυστήρια στη φυσική», είπε. Γκρεγκ Μπόμπινγκερ (Ανοίγει σε νέα καρτέλα)Διευθυντής του Εθνικού Εργαστηρίου Υψηλού Μαγνητικού Πεδίου στο Tallahassee της Φλόριντα. ενώ Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν μαγνήτες εδώ και χιλιάδες χρόνια (Ανοίγει σε νέα καρτέλα)Οι επιστήμονες εξακολουθούν να μαθαίνουν νέα πράγματα για τον τρόπο λειτουργίας τους.
Η βασική απάντηση στο γιατί οι μαγνήτες έχουν πόλους βρίσκεται στη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων. Όλη η ύλη, συμπεριλαμβανομένων των μαγνητών, αποτελείται από άτομα. σε καθε καλαμπόκιΟ πυρήνας περιβάλλεται από ένα ή περισσότερα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Κάθε ένα από αυτά τα ηλεκτρόνια παράγει το δικό του μικρό μαγνητικό πεδίο, το οποίο οι επιστήμονες αναφέρουν ως «σπιν». Εάν αρκετά από αυτά τα μικρά μαγνητικά πεδία δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση, το ίδιο το υλικό γίνεται παραμαγνητικό.
Σχετίζεται με: Γιατί το μέταλλο σπινθήρα στο φούρνο μικροκυμάτων;
Το «σπιν» ενός ηλεκτρονίου είναι κάτι σαν αφηρημένη έννοια, είπε ο Boebinger στο Live Science. Τεχνικά, κανείς δεν έχει δει ποτέ σπιν ηλεκτρονίου – είναι πολύ μικρό για να το δει κανείς στο μικροσκόπιο. Αλλά οι φυσικοί γνωρίζουν ότι τα ηλεκτρόνια έχουν μαγνητικό πεδίο επειδή το έχουν μετρήσει. Και ένας από τους τρόπους με τους οποίους μπορεί να δημιουργηθεί αυτό το πεδίο είναι εάν το ηλεκτρόνιο περιστρέφεται. Αντιστρέψτε την φορά περιστροφής και το μαγνητικό πεδίο θα αντιστραφεί.
όταν είναι δυνατόν, Τα ηλεκτρόνια θα ζευγαρώσουν έτσι ώστε το σπιν τους να ακυρωθεί (Ανοίγει σε νέα καρτέλα), που κάνει τον καθαρό μαγνητισμό ενός ατόμου μηδέν. Αλλά σε ορισμένα στοιχεία, όπως ο σίδηρος, αυτό δεν μπορεί να συμβεί. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων και ο τρόπος που τοποθετούνται γύρω από τον πυρήνα σημαίνει ότι κάθε άτομο σιδήρου θα έχει ένα μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο που δημιουργεί ένα μικρό μαγνητικό πεδίο.
Σε ένα μη μαγνητικό υλικό, αυτά τα μεμονωμένα μαγνητικά πεδία δείχνουν σε διαφορετικές τυχαίες κατευθύνσεις. Σε αυτή την περίπτωση, ως επί το πλείστον ακυρώνουν το ένα το άλλο, επομένως το υλικό γενικά δεν είναι μαγνητικό. Αλλά υπό τις κατάλληλες συνθήκες, μικρά υποατομικά μαγνητικά πεδία μπορούν να ευθυγραμμιστούν προς την ίδια κατεύθυνση. Κάποιος θα μπορούσε να το σκεφτεί αυτό ως τη διαφορά μεταξύ ενός πλήθους ανθρώπων που περπατούν, έναντι όλων που οργανώνονται και αντιμετωπίζουν προς την ίδια κατεύθυνση. Ο συνδυασμός αυτών των πολύ μικρών μαγνητικών πεδίων δημιουργεί ένα μεγαλύτερο μαγνητικό πεδίο – έτσι το υλικό γίνεται μαγνήτης.
Πολλοί μαγνήτες που χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή, όπως οι μαγνήτες ψυγείου, είναι γνωστοί ως μόνιμοι μαγνήτες. Σε αυτά τα υλικά, τα μαγνητικά πεδία πολλών ατόμων στο υλικό έχουν ευθυγραμμιστεί μόνιμα από μια εξωτερική δύναμη – όπως το να τοποθετούνται μέσα σε ένα πιο ισχυρό μαγνητικό πεδίο.
Συχνά, αυτό το πιο ισχυρό μαγνητικό πεδίο παράγεται από ηλεκτρισμό. Ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός σχετίζονται θεμελιωδώς, επειδή τα μαγνητικά πεδία δημιουργούνται από την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων. Γι’ αυτό το περιστρεφόμενο ηλεκτρόνιο περιέχει μαγνητικό πεδίο. Αλλά οι επιστήμονες μπορούν επίσης να αξιοποιήσουν τον ηλεκτρισμό για να δημιουργήσουν πολύ ισχυρούς μαγνήτες Paulo Veracin (Ανοίγει σε νέα καρτέλα), ανώτερος επιστήμονας στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley στην Καλιφόρνια. Το να τρέχει αρκετό ρεύμα μέσα από ένα πηνίο σύρματος δημιουργεί ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο που διαρκεί όσο το ρεύμα ρέει. Αυτοί οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται συχνά στην έρευνα της φυσικής, δήλωσε ο Veracin στο Live Science. Χρησιμοποιείται επίσης σε ιατρικά όργανα όπως μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας (MRI).
Η Γη έχει επίσης το δικό της μαγνητικό πεδίο – αυτό είναι που κάνει τη βελόνα της πυξίδας να λειτουργεί. Οι επιστήμονες έχουν ορίσει τον βόρειο πόλο ενός μαγνήτη ως την άκρη που δείχνει προς τον βόρειο πόλο της Γης εάν ο μαγνήτης περιστρέφεται ελεύθερα. Αλλά τεχνικά, εξήγησε ο Boebinger, αυτό σημαίνει ότι ο μαγνητικός βόρειος πόλος της Γης είναι στην πραγματικότητα ένας μαγνητικός νότιος πόλος, καθώς οι αντίθετοι πόλοι έλκονται.
Σε φυσικούς όρους, οι γραμμές μαγνητικού πεδίου ρέουν προς τα έξω από τον βόρειο πόλο ενός μαγνήτη στον νότιο πόλο του, σχηματίζοντας έναν κλειστό βρόχο.
Οι φυσικοί έχουν επίσης βρει άλλες ρυθμίσεις για μαγνητικούς πόλους, Συμπεριλαμβανομένου του τετραπλού (Ανοίγει σε νέα καρτέλα), όπου μια ομάδα βόρειων και νότιων μαγνητικών πόλων διατάσσονται σε τετράγωνο. Ένας στόχος παραμένει άπιαστος, είπε ο Veracin: Κανείς δεν έχει βρει ακόμα μαγνητικά μονόπολα.
Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια είναι μονοπολικά: το καθένα έχει ένα μόνο ηλεκτρικό φορτίο, θετικό ή αρνητικό. Αλλά τα ηλεκτρόνια (και άλλα σωματίδια, επίσης) έχουν μαγνητικούς πόλους. Επειδή είναι θεμελιώδη σωματίδια, δεν μπορούν να αναλυθούν περαιτέρω. Αυτή η διαφορά μεταξύ του τρόπου με τον οποίο τα σωματίδια συμπεριφέρονται ηλεκτρικά και μαγνητικά έχει ιντριγκάρει πολλούς φυσικούς και για κάποιους, η εύρεση ενός σωματιδίου με έναν μόνο μαγνητικό πόλο είναι το ιερό δισκοπότηρο. Η ανακάλυψή του θα αψηφούσε τους νόμους της φυσικής όπως τους καταλαβαίνουμε σήμερα.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”