Magnet
Magnet (z řeckého μαγνήτις λίθος magnétis líthos, „Magnesijský kámen“) je objekt, který v prostoru ve svém okolí vytváří magnetické pole. Může mít formu permanentního magnetu nebo elektromagnetu. Permanentní magnety nepotřebují k vytváření magnetického pole vnější vlivy. Vyskytují se přirozeně v některých horninách, ale dají se také vyrobit. Elektromagnety potřebují k vytvoření magnetického pole elektrický proud – když se zvětší proud, zvětší se i magnetické pole.
Různé druhy magnetik
Materiály, které mohou vytvářet za určitých podmínek magnetické pole, se nazývají magnetika a dělí se do 4 skupin:
- Feromagnetika (železo, nikl, kobalt nebo některé slitiny) – silně magnetická se spontánní magnetizací, vysoká permeabilita.
- Ferimagnetika (sloučeniny Fe2O3 s oxidy jiných kovů jako mangan, baryum) – různé krystalické podmřížky mohou mít různou magnetizaci, která jim zůstává.
- Paramagnetika (hliník, vápník, kyslík, uran) – magnetická slaběji a pouze v přítomnosti vnějšího pole.
- Diamagnetika (uhlík, měď, síra, zlato, voda) – chovají se jako paramagnetika, ale vnější magnetické pole je vždy odpuzuje.
- Elektromagnety (veškeré elektricky vodivé materiály) – pro maximalizaci magnetické síly jsou používány cívky z vodičů o malém odporu s paramagnetickými jádry.
Vinutí elektromagnetu lze udělat z jakékoliv látky, která vede elektrický proud. Materiály jádra dělíme podle chování na magneticky měkké, tj. po vypnutí proudu pole ihned ztrácejí a magneticky tvrdé, které si magnetické pole uchovávají a tedy po vypnutí proudu jsou z nich permanentní magnety.
Všechny magnety podléhají své Curieově teplotě.
Využití magnetů
- Záznamová média: Videokazety, audiokazety, pevné disky i diskety jsou všechno zařízení, kde jsou informace analogově nebo digitálně zaznamenané do ferrimagnetického materiálu jako proměnné magnetické pole. Čtecí zařízení pak tímto polem projíždí a jeho změny v něm generují elektrické signály, které jsou dále zpracovány.
- Kreditní nebo debetní platební karty používají na sobě magnetický proužek, ve kterém jsou zapsány potřebné údaje o držiteli.
- Přenášení předmětů a separace kovů: Dostatečně silné magnetické pole dokáže zvednout jakýkoliv fero- nebo paramagnetický materiál. Ve velmi silných magnetických polích je možné zvednout i organické materiály[1]. Hojně se tohoto využívá například na šrotovištích, kde mohutné elektromagnety zvedají celá auta. Také jde o dobrý způsob jak separovat kovový odpad ze smíšeného. Na třídící lince silný elektromagnet vyfiltruje veškeré kovové odpadky na běžícím páse.
- Domácí použití: Magnety na ledničce, v rukavicích, magnetické hračky (např. stavebnice z magnetických dílů), zavírače dvířek.
- Kompasy: Střelka kompasu reaguje na magnetické pole Země a otáčí se svým severním pólem k jižnímu magnetickému pólu.
- Audiotechnika: V reproduktorech jsou elektromagnety, které rozkmitávají své jádro. Toto jádro přenáší pak mechanické kmity do membrány, která vydává požadovaný zvuk. V elektrických kytarách jsou zase magnety v cívkách. Při rozeznění struny se kmity přenáší na magnet, jenž se rozkmitá a v cívce generuje proud. Proud je pak obvody zpracován a převeden na požadovaný tón a zvukový efekt.
- Medicína: Permanentní magnety a elektromagnety jsou součástí MRI přístrojů pro nahlížení do lidského těla bez nutnosti chirurgického zákroku. Navíc je tato metoda, na rozdíl třeba od rentgenu, zdravotně nezávadná a lidé nevykazují žádné známky ozáření.
- Elektromotor
Výpočet magnetické síly
Přídržná síla jednoho magnetu
Maximální síla, kterou může magnet tahat nebo tlačit, je přibližně rovna síle magnetického pole uvnitř tenké vzduchové mezery uvnitř uzavřené magnetické smyčky o průřezu a indukci tohoto magnetu. Pokud tuto sílu vydělíme průřezem, dostaneme tlak, který magnetické pole způsobuje uvnitř hmoty magnetu. Vztah pro hledanou sílu je:
kde:
- F je síla [N]
- S je průřez magnetu [m2]
- B je magnetická indukce pole magnetu [T]
- μ0 je permeabilita vakua [H/m]
Pokud magnetem zvedáme ve vertikálním směru závaží o hmotnosti m, jeho maximální hmotnost je dána vztahem:
kde g je gravitační zrychlení [m/s2].
Síla mezi dvěma tyčovými magnety
Síla mezi dvěma stejnými válcovými tyčovými magnety, které jsou postaveny k sobě konci, je dána vztahem:
kde:
- B0 je magnetická indukce přímo na koncích magnetů [T]
- S je plocha průřezu každého magnetu [m2]
- l je délka každého magnetu [m]
- R je poloměr každého magnetu [m]
- x je vzdálenost mezi póly magnetů [m]
- μ0 je permeabilita vakua [H/m]
Magnetická indukce B0 je v tomto vztahu dána:
kde M je magnetizace magnetů [A/m].
Všechny tyto vztahy jsou založené na Gilbertově modelu, který je použitelný pouze na větší vzdálenosti vzhledem k poloměru R. V jiných modelech (například Ampérův model) jsou používány složitější vztahy, které někdy nemohou být vyřešeny analyticky. V těchto případech je nutné počítat pouze numericky.
Odkazy
Reference
- (anglicky) http://www.physics.org/explorelink.asp?id=4628&q=diamagnetic%20levitation Archivováno 23. 10. 2015 na Wayback Machine
Související články
- Magnetismus
- Elektromagnetismus
- Elektromagnetické pole
- Samarium-kobaltový magnet
- Neodymový magnet
- Magnetický dipól
- Molekulární magnet
- Jednomolekulový magnet
- Magnetická terapie
- Magnetické kovové sklo
- Petrus Peregrinus de Maricourt
Externí odkazy
- Obrázky, zvuky či videa k tématu magnet na Wikimedia Commons
- Slovníkové heslo magnet ve Wikislovníku