במהלך 50 השנים האחרונות, כל ענפי המדע צעדו קדימה במהירות. אבל לאחר קריאת מגזינים רבים על מהות המגנטיות והכבידה, אפשר להגיע למסקנה שלאדם יש אפילו יותר שאלות מבעבר.
טבע המגנטיות והכבידה
ברור ומובן לכולם שחפצים שנזרקים למעלה נופלים במהירות ארצה. מה זה מושך אותם? אנו יכולים להניח בבטחה שהם נמשכים על ידי כמה כוחות לא ידועים. אותם כוחות נקראים כוח משיכה טבעי. לאחר מכן, כל מי שמתעניין מתמודד עם הרבה מחלוקות, השערות, הנחות ושאלות. מה טיבה של מגנטיות? מהם גלי כבידה? כתוצאה מאיזו השפעה הם נוצרים? מה המהות שלהם, כמו גם התדירות? כיצד הם משפיעים על הסביבה ועל כל אדם בנפרד? באיזו מידה רציונלית ניתן להשתמש בתופעה זו לטובת הציוויליזציה?
המושג של מגנטיות
בתחילת המאה התשע-עשרה גילה הפיזיקאי הנס כריסטיאן אורסטד את השדה המגנטי של זרם חשמלי. זה נתןהאפשרות להניח שאופי המגנטיות קשור קשר הדוק לזרם החשמלי שנוצר בתוך כל אחד מהאטומים הקיימים. נשאלת השאלה, אילו תופעות יכולות להסביר את טבעה של מגנטיות יבשתית?
עד היום, הוכח ששדות מגנטיים בעצמים ממוגנטים נוצרים במידה רבה יותר על ידי אלקטרונים המסתובבים ברציפות סביב צירם וסביב גרעין של אטום קיים.
זה זמן רב ידוע שתנועה כאוטית של אלקטרונים היא זרם חשמלי אמיתי, ומעברו מעורר את הופעתו של שדה מגנטי. לסיכום חלק זה, אנו יכולים לומר בבטחה כי אלקטרונים, בשל תנועתם הכאוטית בתוך האטומים, יוצרים זרמים תוך-אטומיים, אשר בתורם תורמים להופעת שדה מגנטי.
אבל מה הסיבה לכך שבעניינים שונים יש לשדה המגנטי הבדלים משמעותיים בערך שלו, כמו גם כוחות מגנטיזציה שונים? זאת בשל העובדה שצירי ומסלולי התנועה של אלקטרונים עצמאיים באטומים יכולים להיות במיקומים שונים זה לזה. זה מוביל לכך שהשדות המגנטיים המופקים על ידי אלקטרונים נעים נמצאים גם הם במיקומים המתאימים.
לפיכך, יש לציין כי הסביבה בה מקור השדה המגנטי משפיעה עליו ישירות, מגדילה או מחלישה את השדה עצמו.
חומרים, שהשדה המגנטי שלהם מחליש את השדה שנוצר, נקראים דיאמגנטיים, וחומרים, מגבירים בצורה חלשה מאודשדה מגנטי נקרא פרמגנטי.
תכונות מגנטיות של חומרים
יש לציין שטבעה של מגנטיות נוצר לא רק על ידי זרם חשמלי, אלא גם על ידי מגנטים קבועים.
ניתן ליצור מגנטים קבועים ממספר קטן של חומרים על פני כדור הארץ. אבל כדאי לשים לב שכל העצמים שיהיו ברדיוס השדה המגנטי יהפכו לממגנטים ויהפכו למקורות ישירים של השדה המגנטי. לאחר ניתוח האמור לעיל, כדאי להוסיף כי וקטור האינדוקציה המגנטית במקרה של נוכחות חומר שונה מהוקטור האינדוקציה המגנטית בוואקום.
השערה של אמפר לגבי אופי המגנטיות
קשר סיבה ותוצאה, כתוצאה מכך הקשר בין החזקת גופות על ידי תכונות מגנטיות, התגלה על ידי המדען הצרפתי המצטיין אנדרה-מארי אמפר. אבל מהי ההשערה של אמפר לגבי טבעה של מגנטיות?
ההיסטוריה התחילה הודות לרושם החזק ממה שהמדען ראה. הוא היה עד למחקר של אורסטד למיר, שהציע באומץ שהגורם למגנטיות של כדור הארץ הוא הזרמים העוברים בקביעות בתוך הגלובוס. התרומה הבסיסית והמשמעותית ביותר ניתנה: ניתן היה להסביר את התכונות המגנטיות של גופים על ידי מחזוריות מתמשכת של זרמים בהם. לאחר אמפר העלה את המסקנה הבאה: התכונות המגנטיות של כל אחד מהגופים הקיימים נקבעות על ידי מעגל סגור של זרמים חשמליים הזורמים בתוכם. ההצהרה של הפיזיקאי הייתה מעשה נועז ואמיץ, שכן הוא מחק את כל הקודםתגליות, מסבירות את התכונות המגנטיות של גופים.
תנועת אלקטרונים וזרם חשמלי
השערתו של אמפר קובעת שבתוך כל אטום ומולקולה יש מטען יסודי ומסתובב של זרם חשמלי. ראוי לציין שהיום אנחנו כבר יודעים שאותם זרמים נוצרים כתוצאה מתנועה כאוטית ומתמשכת של אלקטרונים באטומים. אם המטוסים המוסכמים הם באופן אקראי זה לזה בגלל התנועה התרמית של מולקולות, אז התהליכים שלהם מתוגמלים באופן הדדי ואין להם תכונות מגנטיות לחלוטין. ובעצם ממוגנט, הזרמים הפשוטים ביותר מכוונים להבטיח שפעולותיהם מתואמות.
השערה של אמפר מסוגלת להסביר מדוע מחטים ומסגרות מגנטיות עם זרם חשמלי בשדה מגנטי מתנהגים זהה זה לזה. החץ, בתורו, צריך להיחשב כמכלול של מעגלים נושאי זרם קטנים המכוונים בצורה זהה.
קבוצה מיוחדת של חומרים פרמגנטיים שבהם השדה המגנטי מוגבר מאוד נקראת פרומגנטית. חומרים אלה כוללים ברזל, ניקל, קובלט וגדוליניום (וסגסוגותיהם).
אבל איך להסביר את אופי המגנטיות של מגנטים קבועים? שדות מגנטיים נוצרים על ידי פרומגנטים לא רק כתוצאה מתנועת אלקטרונים, אלא גם כתוצאה מתנועה כאוטית משלהם.
המומנט הזוויתי (מומנט תקין) קיבל את השם - ספין. אלקטרונים במהלך כל תקופת הקיום מסתובבים סביב צירם ובעל מטען יוצרים יחדיו שדה מגנטיעם השדה שנוצר כתוצאה מתנועתם במסלול סביב הגרעינים.
טמפרטורת מארי קירי
הטמפרטורה שמעליה חומר פרומגנטי מאבד את המגנטיות שלו קיבלה את השם הספציפי שלה - טמפרטורת קירי. אחרי הכל, זה היה מדען צרפתי בשם זה שגילה את התגלית הזו. הוא הגיע למסקנה שאם עצם ממוגנט יחומם בצורה משמעותית, הוא לא יוכל עוד למשוך חפצים העשויים מברזל.
פרומגנטים והשימושים שלהם
למרות העובדה שאין כל כך הרבה גופים פרומגנטיים בעולם, לתכונות המגנטיות שלהם יש שימוש וחשיבות מעשית רבה. הליבה בסליל, העשויה מברזל או פלדה, מגבירה את השדה המגנטי פעמים רבות, תוך שהיא אינה חורגת מצריכת הזרם בסליל. תופעה זו עוזרת מאוד לחסכון באנרגיה. הליבות עשויות אך ורק מפרומגנטים, וזה לא משנה לאיזו מטרה החלק הזה ישרת.
שיטת הקלטה מגנטית
בעזרת פרומגנטים, מיוצרים סרטים מגנטיים מהשורה הראשונה וסרטים מגנטיים מיניאטוריים. קלטות מגנטיות נמצאות בשימוש נרחב בתחומי הקלטת קול ווידאו.
סרט מגנטי הוא בסיס פלסטיק, המורכב מ-PVC או רכיבים אחרים. מעליו מורחים שכבה, שהיא לכה מגנטית, המורכבת מחלקיקים קטנים מאוד בצורת מחט של ברזל או פרומגנט אחר.
תהליך ההקלטה מתבצע בקלטת הודות לאלקטרומגנטים, שהשדה המגנטי שלהם נתון לשינויים בזמן עקב רעידות קול. כתוצאה מתנועת הסרט ליד הראש המגנטי, כל קטע של הסרט נתון למגנטיזציה.
טבע הכבידה והמושגים שלו
כדאי לשים לב קודם כל שכוח הכבידה וכוחותיו כלולים בתוך חוק הכבידה האוניברסלית, הקובע כי: שתי נקודות חומריות מושכות זו את זו בכוח פרופורציונלי ישירות למכפלת המסות שלהן ובפרופורציונלי הפוך לריבוע המרחק ביניהם
המדע המודרני החל להתייחס קצת אחרת למושג כוח הכבידה ומסביר אותו כפעולה של שדה הכבידה של כדור הארץ עצמו, שמקורו, למרבה הצער, טרם נקבע.
לסיכום כל האמור לעיל, אני רוצה לציין שהכל בעולמנו קשור קשר הדוק, ואין הבדל משמעותי בין כוח המשיכה למגנטיות. אחרי הכל, לכוח הכבידה יש את אותה מגנטיות, רק לא במידה רבה. על כדור הארץ, אי אפשר לקרוע אובייקט מהטבע - מגנטיות וכוח הכבידה מופרים, מה שבעתיד יכול לסבך באופן משמעותי את חיי הציוויליזציה. צריך לקצור את פירות התגליות המדעיות של מדענים גדולים ולחתור להישגים חדשים, אבל צריך להשתמש בכל העובדות בצורה רציונלית, מבלי לפגוע בטבע ובאנושות.
