Magnety přitahují jen některé materiály, zlato na nich nedrží a rozříznutím magnetu nezískáte samostatný severní a jižní pól. Ze seriálu Magnetické otazníky vybíráme 10 nejčtenějších článků rubriky Magnetické otazníky. Odhalíme, proč není každá nerez magnetická, jak funguje magnetický lak na nehty, co znamenají jednotky gauss a tesla nebo kde ve vesmíru najdete magnetar. Vydejte se s námi za magnetickým poznáním.
Připravili jsme souhrn nejčtenějších magnetických otazníků a odpovědi na ně v posledním období. Řadíme je od méně navštěvovaných k těm nejčtenějším.
10. místo: Co je magnetická deklinace a kde najdete magnetar?
Magnetismus se projevuje nejen u běžných magnetů, ale také při orientaci v krajině a v extrémních objektech ve vesmíru. Co znamená magnetická deklinace a čím je zajímavý magnetar?
Magnetická deklinace je úhel mezi zeměpisným severem a směrem k magnetickému severu, který ukazuje kompas. Tyto směry se totiž nekryjí. Deklinace se liší podle místa na Zemi a mění se také v čase. Při orientaci podle buzoly je proto potřeba s ní počítat, zejména při přesnější navigaci. Údaj o deklinaci bývá uvedený na topografických mapách a její aktuální hodnotu lze zjistit také pro konkrétní místo a datum.
Magnetar je mimořádně hustá neutronová hvězda s extrémně silným magnetickým polem. Vzniká při zhroucení jádra hmotné hvězdy, které může následovat po výbuchu supernovy. V jeho kůře se mohou hromadit obrovská napětí. Když dojde k náhlé změně, může se uvolnit velké množství energie v podobě intenzivního rentgenového a gama záření. Magnetar tak představuje jeden z nejvýraznějších příkladů magnetismu ve vesmíru.
9. místo: Je olovo magnetické a co je Weissova doména?
Olovo je těžký kov, ale magnet ho nepřitahuje. U železa je to naopak: magnet ho přitahuje velmi silně. Rozdíl souvisí s tím, jak se materiály chovají v magnetickém poli a jak jsou uspořádané jejich vnitřní magnetické oblasti.
Olovo je diamagnetické, a proto ho magnet nepřitahuje. Při působení magnetického pole se v něm projeví velmi slabá odpudivá reakce. Chování olova je tedy jiné než u železa nebo oceli, jejichž magnetické vlastnosti souvisejí s feromagnetismem.
Uvnitř feromagnetických materiálů se nacházejí oblasti zvané Weissovy neboli magnetické domény. V každé z nich jsou magnetické momenty atomů podobně orientované. Pokud jsou domény v různých směrech, jejich účinky se mohou navzájem vyrušit. Působením vnějšího magnetického pole se domény přeuspořádají a materiál se může zmagnetovat.
Feromagnetické materiály se navíc liší tím, jak snadno magnetizaci získávají a jak dlouho si ji udrží. Magneticky měkké materiály, například čisté železo nebo nízkouhlíková ocel, se snadno zmagnetují, ale po odstranění vnějšího pole si magnetizaci udrží jen málo. Magneticky tvrdé materiály, z nichž se vyrábějí permanentní magnety, si naopak magnetizaci uchovávají dlouhodobě.
8. místo: Proč magnety přitahují jen některé materiály a jak dlouho vydrží?
Proč magnet přitáhne ocelový šroub, ale měděnou trubku ne? A může magnet po letech ztratit svou sílu? Odpověď souvisí s vnitřní strukturou materiálů i s podmínkami, ve kterých magnet používáme.
Magnety silně přitahují především feromagnetické materiály, například železo, nikl, kobalt a některé jejich slitiny. V těchto materiálech mohou magnetické momenty atomů vytvářet oblasti zvané magnetické domény. Když na materiál působí magnetické pole, domény se přeuspořádají a materiál je k magnetu přitahován. U jiných látek takové uspořádání nevzniká, a proto je běžný magnet nepřitahuje stejnou silou.
Jak dlouho magnet vydrží? Záleží na jeho materiálu a podmínkách používání. Kvalitní neodymové magnety mohou při správném zacházení fungovat mnoho desetiletí. Jejich magnetické vlastnosti může poškodit zejména příliš vysoká teplota, koroze nebo mechanické poškození. Pokud magnet používáte v prostředí, pro které je určený, a chráníte ho před těmito vlivy, může vám sloužit opravdu dlouho.
7. místo: Jak se liší gravitace od magnetismu a proč mají magnety dva póly?
Gravitace nás drží na Zemi a způsobuje, že předměty padají k zemi. Magnetická síla zase dokáže přitáhnout ocelový předmět nebo odpuzovat jiný magnet. Obě síly působí na dálku, ale jejich vlastnosti se výrazně liší.
Gravitace působí mezi všemi tělesy s hmotností a je vždy přitažlivá. Magnetická síla může být na krátkou vzdálenost mnohem výraznější, ale její působení závisí na magnetickém poli a vlastnostech materiálů. U dvou magnetů rozhoduje orientace pólů: severní a jižní pól se přitahují, zatímco dva severní nebo dva jižní póly se odpuzují.
Proč má magnet vždy severní a jižní pól? Běžný permanentní magnet má uzavřený magnetický obvod a při jeho rozdělení nevzniknou samostatné póly. Když magnet rozříznete, získáte dva menší magnety, každý s vlastním severním a jižním pólem. Magnetické vlastnosti materiálu souvisejí s magnetickými momenty elektronů, zejména s jejich spinem a orbitálním pohybem.
6. místo: Co je gauss, tesla, magnetická remanence a Curieova teplota?
Při výběru nebo popisu magnetů se můžete setkat s pojmy jako gauss, tesla, remanence či Curieova teplota. Každý popisuje jinou vlastnost magnetického pole nebo magnetického materiálu.
Gauss a tesla jsou jednotky magnetické indukce. Tesla se používá v mezinárodní soustavě jednotek SI, zatímco gauss pochází ze soustavy CGS. Platí jednoduchý převod: 1 tesla = 10 000 gaussů. Čím vyšší je magnetická indukce v daném místě, tím silnější je tam magnetické pole.
Magnetická remanence označuje zbytkovou magnetizaci, kterou si feromagnetický materiál zachová po odstranění vnějšího magnetického pole. U permanentních magnetů jde o jednu z důležitých vlastností, které ovlivňují jejich využití.
Curieova teplota je hranice, nad kterou materiál ztrácí feromagnetické uspořádání. U železa je přibližně 768 °C, u niklu 358 °C a u kobaltu 1130 °C. Při zahřívání magnetu se jeho magnetické vlastnosti mohou měnit; překročení příslušné kritické teploty může vést k trvalé ztrátě magnetizace. Proto je při použití magnetů v teple důležité znát jejich teplotní odolnost.
5. místo: Existuje perpetuum mobile nebo jednopólový magnet?
Magnety dokážou přitahovat předměty, odpuzovat jiné magnety a uvádět některé mechanismy do pohybu. Mohly by ale pohánět stroj, který by fungoval navždy bez dalšího přísunu energie? A je možné vyrobit magnet pouze s jedním pólem?
Perpetuum mobile je hypotetický stroj, který by vykonával práci bez dodávání energie z vnějšího zdroje. Samotné magnety takový stroj nevytvoří. Magnetické síly mohou pohybovat součástmi mechanismu, ale nemohou zajistit neomezenou výrobu energie v rozporu se zákonem zachování energie. I když se některé projekty snažily využít magnety k vytvoření takového zařízení, jejich princip naráží právě na tento fyzikální zákon.
Běžný samostatný magnet má vždy dva póly. Když magnet rozříznete (což ale snadno nejde) na menší části, získáte menší magnety opět s vlastním severním a jižním pólem.
4. místo: Co jsou paramagnetika, je titan magnetický a k čemu slouží magnetická lišta?
Ne všechny látky reagují na magnetické pole stejně. Železo se k magnetu přitahuje výrazně, některé jiné materiály reagují jen slabě. Do této skupiny patří například paramagnetické látky.
Paramagnetika vnější magnetické pole slabě zesilují a k magnetu se slabě přitahují. Na rozdíl od feromagnetických materiálů si po odstranění vnějšího pole neuchovávají trvalou magnetizaci. Mezi příklady patří hliník, platina nebo mangan.
Také titan je paramagnetický. Jde o lehký a pevný kov, který se využívá v leteckém průmyslu, při výrobě kosmických zařízení i zdravotnických implantátů. Jeho výhodou je kombinace mechanické odolnosti, nízké hmotnosti a dobré snášenlivosti lidským tělem. Přesto se titan nechová jako železo nebo ocel – běžný magnet na něm nedrží.
Magnetismus ale najde uplatnění i v běžné domácnosti. Magnetická lišta je praktický držák na nože, nůžky, kuchyňské náčiní nebo menší nářadí. Může mít dřevěný, plastový či kovový povrch a uvnitř zabudované magnety, které přidržují vhodné kovové předměty. Lištu připevníte na stěnu a uvolníte si místo v zásuvkách nebo na pracovní desce.
3. místo: Jak funguje magnetický lak na nehty a kudy vedou magnetické siločáry?
Magnetismus má využití také v kosmetice. Magnetický lak na nehty dokáže vytvořit proužky, vlnky nebo jiné efekty, které se mění podle toho, kam a jak přiložíte magnet. Podobně lze pomocí siločar znázornit, jak vypadá magnetické pole kolem magnetu.
Magnetický lak obsahuje drobné kovové částečky, které se pod vlivem magnetického pole přeskupí. Magnet se po nanesení laku přiloží těsně nad nehet, obvykle na několik sekund, ale neměl by se laku dotknout. Pohyb částic vytvoří charakteristický ornament. Změnou polohy magnetu lze dosáhnout různých vzorů.
Magnetické pole je oblast, ve které působí magnetická síla. Jeho tvar znázorňují magnetické siločáry. Vně magnetu vedou od severního pólu k jižnímu, uvnitř magnetu se uzavírají zpět. Netvoří samostatné začátky a konce a nikdy se navzájem neprotínají. Tam, kde jsou siločáry blíže u sebe, je magnetické pole silnější. K jeho zobrazení se používají například železné piliny nebo prach, případně speciální senzorové fólie.
2. místo: Reagují magnety na zlato a co je magnetická rezonance?
Zlato a stříbro patří mezi drahé kovy, ale magnet je nepřitahuje jako železo nebo ocel. Přesto na magnetické pole reagují. Magnetismus má navíc důležitou roli v moderní medicíně, kde se využívá při zobrazování vnitřních částí lidského těla.
Zlato ani stříbro nejsou feromagnetické, takže je magnet nepřitahuje. Patří mezi diamagnetické materiály, které na magnetické pole reagují velmi slabým odpuzováním. Silný neodymový magnet proto může pomoci například při testování mincí: stříbrná mince se při pohybu přes magnet může chovat jinak než mince z některých jiných kovů. Samotný magnetický test ale není univerzálním důkazem pravosti drahého kovu.
Magnetická rezonance (MR nebo MRI) je zobrazovací metoda používaná ve zdravotnictví. Využívá silné magnetické pole a elektromagnetické vlnění k získávání informací o vnitřní stavbě těla a jednotlivých orgánů. Přístroj pořizuje obrazy řezů vyšetřované oblasti a počítač je zpracovává do výsledného zobrazení. Vyšetření nevyžaduje chirurgický zásah, ale kvůli silnému magnetickému poli je nutné předem upozornit zdravotníky na kardiostimulátory, některé implantáty a další kovové předměty v těle.
1. místo: Proč není každá nerez magnetická a jak funguje magnetický držák mýdla?
Nerezová ocel je oblíbená pro svou odolnost vůči korozi a vzhled. Přesto se někdy stává, že magnet na jednom nerezovém výrobku drží velmi dobře, zatímco na jiném téměř vůbec. Rozhoduje především složení slitiny a její vnitřní struktura.
Nerezová ocel není jeden konkrétní materiál. Feritické a martenzitické druhy nerezu bývají magnetické, zatímco austenitické nerezové oceli jsou obvykle nemagnetické nebo jen slabě magnetické. Roli hraje například obsah niklu a struktura materiálu. Proto samotný test magnetem nestačí k přesnému určení typu nerezu.
Magnetismus má i praktické využití v koupelně. Magnetický držák mýdla umožňuje uchytit mýdlo na stěně bez klasické mýdlenky. Do mýdla se vloží malý magnet nebo vhodný kovový protikus, který se přichytí k držáku upevněnému na stěně. Mýdlo tak zůstává zavěšené, může lépe vysychat a pod ním se nehromadí voda jako v běžné mýdlence. Při výrobě je potřeba vybrat vhodnou velikost magnetu a povrchovou úpravu, která odolá vlhkému prostředí koupelny.
Magnetismus na Zemi i ve vesmíru
Vybrané magnetické otázky a odpovědi dokazují, že magnetismus neznamená jen přitahování železa. Setkáte se s ním při orientaci v terénu, v domácnosti, v kosmetice i ve zdravotnictví. A jeho principy vysvětlují také některé zajímavé jevy ve vesmíru.
Prozkoumejte i další magnetické otazníky.
