האינטראקציה המגנטית של עצמים היא אחד התהליכים הבסיסיים השולטים בכל דבר ביקום. הביטויים הגלויים שלו הם תופעות מגנטיות. ביניהם ניתן למנות את הזוהר הצפוני, משיכה של מגנטים, סופות מגנטיות ועוד איך הם מתעוררים? מה הם?
Magnetism
תופעות ותכונות מגנטיות מכונות ביחד מגנטיות. קיומם ידוע כבר הרבה מאוד זמן. ההנחה היא שכבר לפני ארבעת אלפים שנה השתמשו הסינים בידע הזה כדי ליצור מצפן ולנווט בטיולים בים. עריכת ניסויים ולימוד רציני של התופעה המגנטית הפיזיקלית החלה רק במאה ה-19. הנס אורסטד נחשב לאחד החוקרים הראשונים בתחום זה.
תופעות מגנטיות יכולות להתרחש גם בחלל וגם בכדור הארץ, ולהופיע רק בתוך שדות מגנטיים. שדות כאלה נובעים ממטענים חשמליים. כאשר המטענים נייחים, נוצר סביבם שדה חשמלי. כשהם זזים - שדה מגנטי.
כלומר, תופעת השדה המגנטי מתרחשת עם הופעתו שלזרם חשמלי או שדה חשמלי לסירוגין. זהו אזור בחלל שבתוכו פועל כוח המשפיע על מגנטים ומוליכים מגנטיים. יש לו כיוון משלו והוא פוחת ככל שהוא מתרחק מהמקור שלו - המוליך.
מגנטים
גוף שסביבו נוצר שדה מגנטי נקרא מגנט. הקטן שבהם הוא האלקטרון. המשיכה של מגנטים היא התופעה המגנטית הפיזיקלית המפורסמת ביותר: אם תחבר שני מגנטים זה לזה, הם ימשכו או ידחפו. הכל תלוי במיקום שלהם זה ביחס לזה. לכל מגנט יש שני קטבים: צפון ודרום.
קטבים בעלי אותו שם דוחים זה את זה, בעוד שקטבים מנוגדים, להיפך, מושכים. אם חותכים אותו לשניים, הקוטב הצפוני והדרומי לא ייפרדו. כתוצאה מכך נקבל שני מגנטים שלכל אחד מהם יהיו גם שני קטבים.
ישנם מספר חומרים שהם מגנטיים. אלה כוללים ברזל, קובלט, ניקל, פלדה וכו'. ביניהם יש נוזלים, סגסוגות, תרכובות כימיות. אם מגנטים מוחזקים ליד מגנט, הם יהפכו למגנטים בעצמם.
חומרים כמו ברזל טהור רוכשים בקלות את הנכס הזה, אבל גם נפרדים ממנו במהירות. לאחרים (כגון פלדה) לוקח יותר זמן להתמגנט אבל שומרים על האפקט לאורך זמן.
Magnetizing
קבענו לעיל ששדה מגנטי נוצר כאשר חלקיקים טעונים נעים. אבל על איזה סוג של תנועה אפשר לדבר, למשל, בחתיכת ברזל התלויה על מקרר? את כלחומרים מורכבים מאטומים, המכילים חלקיקים נעים.
לכל אטום יש שדה מגנטי משלו. אבל, בחומרים מסוימים, שדות אלה מופנים באופן אקראי לכיוונים שונים. בגלל זה לא נוצר סביבם שדה אחד גדול. חומרים כאלה אינם מסוגלים למגנט.
בחומרים אחרים (ברזל, קובלט, ניקל, פלדה) האטומים מסוגלים להתיישר כך שכולם מצביעים באותה צורה. כתוצאה מכך, נוצר סביבם שדה מגנטי משותף והגוף מתמגנט.
מסתבר שהמגנטיזציה של גוף היא סדר השדות של האטומים שלו. כדי לשבור את הסדר הזה, זה מספיק כדי להכות אותו חזק, למשל, עם פטיש. שדות האטומים יתחילו לנוע בצורה כאוטית ויאבדו את תכונותיהם המגנטיות. אותו דבר יקרה אם החומר יחומם.
אינדוקציה מגנטית
תופעות מגנטיות קשורות למטענים נעים. אז, סביב מוליך עם זרם חשמלי, בהחלט יתעורר שדה מגנטי. אבל האם זה יכול להיות הפוך? הפיזיקאי האנגלי מייקל פאראדיי שאל פעם את השאלה הזו וגילה את תופעת האינדוקציה המגנטית.
הוא הגיע למסקנה ששדה קבוע לא יכול לגרום לזרם חשמלי, אבל משתנה יכול. הזרם מתרחש במעגל סגור של השדה המגנטי ונקרא אינדוקציה. במקרה זה, הכוח האלקטרו-מוטורי ישתנה ביחס לשינוי במהירות השדה החודר למעגל.
הגילוי של פאראדיי היה פריצת דרך אמיתית והביא יתרונות ניכרים ליצרני החשמל. הודות לו, ניתן היה לקבל זרם מאנרגיה מכנית. החוק שהסיק המדען יושם ומשמש במכשיר של מנועים חשמליים, גנרטורים שונים, שנאים וכו'.
השדה המגנטי של כדור הארץ
ליופיטר, נפטון, שבתאי ואורנוס יש שדה מגנטי. הפלנטה שלנו אינה יוצאת דופן. בחיים הרגילים, אנחנו בקושי שמים לב לזה. זה לא מוחשי, אין לו טעם או ריח. אבל אתו קשורות תופעות מגנטיות בטבע. כגון זוהר השמש, סערות מגנטיות או קליטה מגנטית בבעלי חיים.
בעיקרו, כדור הארץ הוא מגנט ענק, אך לא חזק במיוחד, שיש לו שני קטבים שאינם עולים בקנה אחד עם הקטבים הגיאוגרפיים. קווים מגנטיים יוצאים מהקוטב הדרומי של הפלנטה ונכנסים לצפון. זה אומר שלמעשה הקוטב הדרומי של כדור הארץ הוא הקוטב הצפוני של המגנט (מכאן מדוע במערב הקוטב הדרומי מסומן בכחול - S, ובאדום מציין את הקוטב הצפוני - N).
השדה המגנטי משתרע מאות קילומטרים מפני השטח של כוכב הלכת. הוא משמש ככיפה בלתי נראית המשקפת קרינה גלקטית ושמש רבת עוצמה. במהלך התנגשות של חלקיקי קרינה במעטפת כדור הארץ נוצרות תופעות מגנטיות רבות. בואו נסתכל על המפורסמים שבהם.
סופות מגנטיות
לשמש יש השפעה חזקה על הפלנטה שלנו. זה לא רק נותן לנו חום ואור, אלא גם מעורר תופעות מגנטיות לא נעימות כמו סערות. המראה שלהם קשור לעלייה בפעילות השמש ולתהליכים המתרחשים בתוך הכוכב הזה.
כדור הארץ מושפע כל הזמן מזרימת חלקיקים מיוננים מהשמש. הם זזים עםמהירות של 300-1200 קמ ש ומאופיינת כרוח סולארית. אבל מעת לעת מתרחשות פליטות פתאומיות של מספר עצום של חלקיקים אלה על כוכב. הם פועלים כמו זעזועים על מעטפת כדור הארץ וגורמים לשדה המגנטי להתנודד.
סופות כאלה נמשכות בדרך כלל עד שלושה ימים. בשלב זה, חלק מתושבי הפלנטה שלנו מרגישים לא טוב. תנודות המעטפת משתקפות בנו עם כאבי ראש, לחץ מוגבר וחולשה. במהלך חייו, אדם חווה בממוצע 2,000 סערות.
זוהר הצפוני
יש גם תופעות מגנטיות נעימות יותר בטבע - הזוהר הצפוני או זוהר השמש. הוא מתבטא בצורה של זוהר שמיים עם צבעים משתנים במהירות, ומתרחש בעיקר בקווי רוחב גבוהים (67-70 מעלות). עם פעילות חזקה של השמש, הזוהר נצפה אפילו נמוך יותר.
במרחק של כ-64 קילומטרים מעל הקטבים, חלקיקי שמש טעונים פוגשים את החלקים הרחוקים של השדה המגנטי. כאן, חלק מהם פונה אל הקטבים המגנטיים של כדור הארץ, שם הם מקיימים אינטראקציה עם גזי האטמוספירה, וזו הסיבה שאורורה מופיעה.
ספקטרום הזוהר תלוי בהרכב האוויר ובשכיחותו. הזוהר האדום מתרחש בגובה של 150 עד 400 קילומטרים. גוונים כחולים וירוקים קשורים לתכולה גבוהה של חמצן וחנקן. הם מתרחשים בגובה של 100 קילומטרים.
Magnitoreception
המדע העיקרי שחוקר תופעות מגנטיות הוא הפיזיקה. עם זאת, חלקם עשויים להיות קשורים גם לביולוגיה. למשל, הרגישות המגנטית של החייםאורגניזמים - היכולת לזהות את השדה המגנטי של כדור הארץ.
לבעלי חיים רבים, במיוחד מינים נודדים, יש את המתנה הייחודית הזו. היכולת לקלוט מגנט נמצאה בעטלפים, יונים, צבים, חתולים, צבאים, כמה חיידקים וכו'. זה עוזר לבעלי חיים לנווט בחלל ולמצוא את ביתם, מתרחקים ממנו במשך עשרות קילומטרים.
אם אדם משתמש במצפן להתמצאות, אז בעלי חיים משתמשים בכלים טבעיים לחלוטין. מדענים עדיין לא מסוגלים לקבוע בדיוק איך ומדוע עובדת מגנטוריספציה. אבל ידוע שיונים מצליחות למצוא את ביתן גם אם מרחיקים אותן מאות קילומטרים ממנו, תוך סגירת הציפור בקופסה חשוכה לחלוטין. צבים מוצאים את מקום הולדתם גם שנים מאוחר יותר.
הודות ל"כוחות העל" שלהם, בעלי חיים צופים התפרצויות געשיות, רעידות אדמה, סערות ושאר אסון. הם רגישים לתנודות בשדה המגנטי, מה שמגביר את יכולת השימור העצמי.
