Η μαγνητική αλληλεπίδραση των αντικειμένων είναι μία από τις θεμελιώδεις διαδικασίες που διέπουν τα πάντα στο Σύμπαν. Οι ορατές εκδηλώσεις του είναι μαγνητικά φαινόμενα. Ανάμεσά τους είναι το βόρειο σέλας, η έλξη των μαγνητών, οι μαγνητικές καταιγίδες κλπ. Πώς προκύπτουν; Τι είναι;
Μαγνητισμός
Τα μαγνητικά φαινόμενα και ιδιότητες αναφέρονται συλλογικά ως μαγνητισμός. Η ύπαρξή τους είναι γνωστή εδώ και πολύ καιρό. Υποτίθεται ότι ήδη πριν από τέσσερις χιλιάδες χρόνια, οι Κινέζοι χρησιμοποίησαν αυτή τη γνώση για να δημιουργήσουν μια πυξίδα και να πλοηγηθούν σε θαλάσσια ταξίδια. Η διεξαγωγή πειραμάτων και η σοβαρή μελέτη του φυσικού μαγνητικού φαινομένου ξεκίνησε μόλις τον 19ο αιώνα. Ο Hans Oersted θεωρείται ένας από τους πρώτους ερευνητές σε αυτόν τον τομέα.
Τα μαγνητικά φαινόμενα μπορούν να συμβούν τόσο στο Διάστημα όσο και στη Γη και να εμφανίζονται μόνο μέσα σε μαγνητικά πεδία. Τέτοια πεδία προκύπτουν από ηλεκτρικά φορτία. Όταν τα φορτία είναι ακίνητα, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω τους. Όταν κινούνται - ένα μαγνητικό πεδίο.
Δηλαδή, το φαινόμενο του μαγνητικού πεδίου εμφανίζεται με την έλευση τουηλεκτρικό ρεύμα ή εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Αυτή είναι μια περιοχή του χώρου εντός της οποίας δρα μια δύναμη που επηρεάζει τους μαγνήτες και τους μαγνητικούς αγωγούς. Έχει τη δική του κατεύθυνση και μειώνεται καθώς απομακρύνεται από την πηγή του - τον αγωγό.
Μαγνήτες
Ένα σώμα γύρω από το οποίο σχηματίζεται μαγνητικό πεδίο ονομάζεται μαγνήτης. Το μικρότερο από αυτά είναι το ηλεκτρόνιο. Η έλξη των μαγνητών είναι το πιο διάσημο φυσικό μαγνητικό φαινόμενο: αν συνδέσετε δύο μαγνήτες ο ένας στον άλλο, είτε θα προσελκύσουν είτε θα απωθηθούν. Όλα έχουν να κάνουν με τη θέση τους σε σχέση μεταξύ τους. Κάθε μαγνήτης έχει δύο πόλους: βόρειο και νότιο.
Οι ομώνυμοι πόλοι απωθούνται μεταξύ τους, ενώ οι αντίθετοι πόλοι, αντίθετα, έλκονται. Αν το κόψετε στα δύο, ο βόρειος και ο νότιος πόλος δεν θα χωριστούν. Ως αποτέλεσμα, θα πάρουμε δύο μαγνήτες, καθένας από τους οποίους θα έχει επίσης δύο πόλους.
Υπάρχουν πολλά υλικά που είναι μαγνητικά. Αυτά περιλαμβάνουν σίδηρο, κοβάλτιο, νικέλιο, χάλυβα κ.λπ. Ανάμεσά τους υπάρχουν υγρά, κράματα, χημικές ενώσεις. Εάν οι μαγνήτες κρατηθούν κοντά σε έναν μαγνήτη, θα γίνουν οι ίδιοι.
Ουσίες όπως ο καθαρός σίδηρος αποκτούν εύκολα αυτήν την ιδιότητα, αλλά και την αποχαιρετούν γρήγορα. Άλλα (όπως ο χάλυβας) χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να μαγνητιστούν, αλλά διατηρούν το αποτέλεσμα για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Μαγνητισμός
Έχουμε διαπιστώσει παραπάνω ότι ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργείται όταν κινούνται φορτισμένα σωματίδια. Αλλά για τι είδους κίνηση μπορούμε να μιλήσουμε, για παράδειγμα, σε ένα κομμάτι σίδερο που κρέμεται σε ένα ψυγείο; Ολαοι ουσίες αποτελούνται από άτομα, τα οποία περιέχουν κινούμενα σωματίδια.
Κάθε άτομο έχει το δικό του μαγνητικό πεδίο. Όμως, σε ορισμένα υλικά, αυτά τα πεδία κατευθύνονται τυχαία σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Εξαιτίας αυτού, δεν δημιουργείται ένα μεγάλο πεδίο γύρω τους. Τέτοιες ουσίες δεν είναι ικανές να μαγνητιστούν.
Σε άλλα υλικά (σίδηρος, κοβάλτιο, νικέλιο, χάλυβας) τα άτομα μπορούν να ευθυγραμμιστούν έτσι ώστε όλα να δείχνουν με τον ίδιο τρόπο. Ως αποτέλεσμα, ένα κοινό μαγνητικό πεδίο σχηματίζεται γύρω τους και το σώμα μαγνητίζεται.
Αποδεικνύεται ότι η μαγνήτιση ενός σώματος είναι η διάταξη των πεδίων των ατόμων του. Για να σπάσει αυτή η σειρά, αρκεί να το χτυπήσετε δυνατά, για παράδειγμα, με ένα σφυρί. Τα πεδία των ατόμων θα αρχίσουν να κινούνται χαοτικά και θα χάνουν τις μαγνητικές τους ιδιότητες. Το ίδιο θα συμβεί αν το υλικό θερμανθεί.
Μαγνητική επαγωγή
Τα μαγνητικά φαινόμενα σχετίζονται με κινούμενα φορτία. Έτσι, γύρω από έναν αγωγό με ηλεκτρικό ρεύμα, σίγουρα θα προκύψει ένα μαγνητικό πεδίο. Μπορεί όμως να γίνει το αντίστροφο; Ο Άγγλος φυσικός Michael Faraday έκανε κάποτε αυτή την ερώτηση και ανακάλυψε το φαινόμενο της μαγνητικής επαγωγής.
Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένα σταθερό πεδίο δεν μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά ένα μεταβλητό μπορεί. Το ρεύμα εμφανίζεται σε ένα κλειστό κύκλωμα του μαγνητικού πεδίου και ονομάζεται επαγωγή. Σε αυτή την περίπτωση, η ηλεκτροκινητική δύναμη θα αλλάξει ανάλογα με την αλλαγή στην ταχύτητα του πεδίου που διαπερνά το κύκλωμα.
Η ανακάλυψη του Faraday ήταν μια πραγματική ανακάλυψη και έφερε σημαντικά οφέλη στους κατασκευαστές ηλεκτρικών ειδών. Χάρη σε αυτόν, κατέστη δυνατή η λήψη ρεύματος από μηχανική ενέργεια. Εφαρμόστηκε ο νόμος που συνήγαγε ο επιστήμονας καιχρησιμοποιείται στη συσκευή ηλεκτροκινητήρων, διαφόρων γεννητριών, μετασχηματιστών κ.λπ.
Μαγνητικό πεδίο της Γης
Ο Δίας, ο Ποσειδώνας, ο Κρόνος και ο Ουρανός έχουν μαγνητικό πεδίο. Ο πλανήτης μας δεν αποτελεί εξαίρεση. Στη συνηθισμένη ζωή, δεν το παρατηρούμε σχεδόν καθόλου. Δεν είναι απτό, δεν έχει γεύση ή οσμή. Αλλά είναι μαζί του που συνδέονται τα μαγνητικά φαινόμενα στη φύση. Όπως το σέλας, οι μαγνητικές καταιγίδες ή η μαγνητοαντίληψη σε ζώα.
Ουσιαστικά, η Γη είναι ένας τεράστιος, αλλά όχι πολύ ισχυρός μαγνήτης, ο οποίος έχει δύο πόλους που δεν συμπίπτουν με τους γεωγραφικούς. Οι μαγνητικές γραμμές φεύγουν από τον Νότιο Πόλο του πλανήτη και εισέρχονται στον Βορρά. Αυτό σημαίνει ότι στην πραγματικότητα ο Νότιος Πόλος της Γης είναι ο βόρειος πόλος του μαγνήτη (άρα γιατί στη Δύση ο νότιος πόλος συμβολίζεται με μπλε - S, και με κόκκινο υποδηλώνει τον βόρειο πόλο - N).
Το μαγνητικό πεδίο εκτείνεται εκατοντάδες χιλιόμετρα από την επιφάνεια του πλανήτη. Χρησιμεύει ως ένας αόρατος θόλος που αντανακλά την ισχυρή γαλαξιακή και ηλιακή ακτινοβολία. Κατά τη σύγκρουση των σωματιδίων της ακτινοβολίας με το κέλυφος της Γης, σχηματίζονται πολλά μαγνητικά φαινόμενα. Ας δούμε τα πιο διάσημα από αυτά.
Μαγνητικές καταιγίδες
Ο Ήλιος έχει ισχυρή επιρροή στον πλανήτη μας. Όχι μόνο μας δίνει θερμότητα και φως, αλλά προκαλεί και τέτοια δυσάρεστα μαγνητικά φαινόμενα όπως οι καταιγίδες. Η εμφάνισή τους σχετίζεται με την αύξηση της ηλιακής δραστηριότητας και τις διεργασίες που συμβαίνουν μέσα σε αυτό το αστέρι.
Η Γη επηρεάζεται συνεχώς από τη ροή ιονισμένων σωματιδίων από τον Ήλιο. Κινούνται μεταχύτητα 300-1200 km/s και χαρακτηρίζονται ως ηλιακοί άνεμοι. Αλλά από καιρό σε καιρό, ξαφνικές εκτοξεύσεις ενός τεράστιου αριθμού από αυτά τα σωματίδια συμβαίνουν σε ένα αστέρι. Λειτουργούν σαν κραδασμοί στο κέλυφος της γης και προκαλούν την ταλάντωση του μαγνητικού πεδίου.
Τέτοιες καταιγίδες συνήθως διαρκούν έως και τρεις ημέρες. Αυτή την περίοδο κάποιοι κάτοικοι του πλανήτη μας αισθάνονται αδιαθεσία. Οι κραδασμοί του κελύφους αντανακλώνται μέσα μας με πονοκεφάλους, αυξημένη πίεση και αδυναμία. Σε μια ζωή, ένα άτομο βιώνει κατά μέσο όρο 2.000 καταιγίδες.
Βόρειο Σέλας
Υπάρχουν επίσης πιο ευχάριστα μαγνητικά φαινόμενα στη φύση - το βόρειο σέλας ή το σέλας. Εκδηλώνεται με τη μορφή λάμψης ουρανού με ταχέως μεταβαλλόμενα χρώματα και εμφανίζεται κυρίως σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη (67-70 °). Με έντονη δραστηριότητα του Ήλιου, η ακτινοβολία παρατηρείται ακόμη χαμηλότερη.
Περίπου 64 χιλιόμετρα πάνω από τους πόλους, τα φορτισμένα ηλιακά σωματίδια συναντούν τις απομακρυσμένες περιοχές του μαγνητικού πεδίου. Εδώ, μερικοί από αυτούς κατευθύνονται προς τους μαγνητικούς πόλους της Γης, όπου αλληλεπιδρούν με τα αέρια της ατμόσφαιρας, γι' αυτό και εμφανίζεται το σέλας.
Το φάσμα της λάμψης εξαρτάται από τη σύνθεση του αέρα και την αραίωσή του. Η κόκκινη λάμψη εμφανίζεται σε υψόμετρο 150 έως 400 χιλιομέτρων. Οι μπλε και οι πράσινες αποχρώσεις συνδέονται με υψηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο και άζωτο. Εμφανίζονται σε υψόμετρο 100 χιλιομέτρων.
Μεγάλη Υποδοχή
Η κύρια επιστήμη που μελετά τα μαγνητικά φαινόμενα είναι η φυσική. Ωστόσο, μερικά από αυτά μπορεί επίσης να σχετίζονται με τη βιολογία. Για παράδειγμα, η μαγνητική ευαισθησία της ζωήςοργανισμοί - η ικανότητα αναγνώρισης του μαγνητικού πεδίου της Γης.
Πολλά ζώα, ειδικά μεταναστευτικά είδη, έχουν αυτό το μοναδικό χάρισμα. Η ικανότητα της μαγνητοδεκτικότητας βρέθηκε σε νυχτερίδες, περιστέρια, χελώνες, γάτες, ελάφια, ορισμένα βακτήρια κ.λπ. Βοηθά τα ζώα να πλοηγηθούν στο διάστημα και να βρουν το σπίτι τους, απομακρύνοντας από αυτό για δεκάδες χιλιόμετρα.
Αν ένα άτομο χρησιμοποιεί πυξίδα για προσανατολισμό, τότε τα ζώα χρησιμοποιούν εντελώς φυσικά εργαλεία. Οι επιστήμονες δεν είναι ακόμη σε θέση να προσδιορίσουν ακριβώς πώς και γιατί λειτουργεί η μαγνητοδεκτικότητα. Αλλά είναι γνωστό ότι τα περιστέρια μπορούν να βρουν το σπίτι τους ακόμα κι αν τα απομακρύνουν εκατοντάδες χιλιόμετρα από αυτό, ενώ κλείνουν το πουλί σε ένα εντελώς σκοτεινό κουτί. Οι χελώνες βρίσκουν τη γενέτειρά τους ακόμη και χρόνια αργότερα.
Χάρη στις «υπερδυνάμεις» τους, τα ζώα προβλέπουν ηφαιστειακές εκρήξεις, σεισμούς, καταιγίδες και άλλους κατακλυσμούς. Είναι ευαίσθητα στις διακυμάνσεις του μαγνητικού πεδίου, γεγονός που αυξάνει την ικανότητα αυτοσυντήρησης.
