Jak se liší gravitace od magnetismu, čím jsou gravitační a magnetická síla specifické? A proč mají magnety dva póly a ne jeden nebo naopak více? Odhalte odpovědi na další magnetické otázky.
1) Gravitace vs. magnetismus
Gravitace a magnetismus jsou dvěma základními silami v přírodě, ale mají odlišné vlastnosti a působení. Podívejte se na hlavní rozdíly mezi gravitací a magnetismem z různých pohledů.
Původ a povaha gravitace a magnetismu
Gravitace je síla, která působí mezi všemi hmotnými objekty v důsledku jejich hmotnosti. Gravitace je odpovědná za to, že objekty padají k zemi, také za pohyb planet kolem Slunce a galaxií ve vesmíru.
Magnetismus je síla, která působí mezi objekty s magnetickým nábojem a je spojený s pohybem nabitých částic, zejména elektronů.
Dosah gravitace a magnetismu
Gravitace působí na všechny objekty s hmotností a její dosah je nekonečný, je všudypřítomná, ale je relativně slabá.
Magnetismus působí pouze na objekty s magnetickým nábojem a jeho dosah je omezený. Magnetická síla může být mnohem silnější než gravitace, avšak obvykle má dosah kratší.
Polarita gravitace a magnetismu
Gravitace nemá polaritu, je to vždy přitažlivá síla.
Magnetismus má dvě polarity – severní a jižní magnetický pól. Opačné polarity magnetů se přitahují, zatímco stejné magnetické polarity odpuzují.
Gravitace a magnetismus ve vesmíru
Gravitace je základní silou, která řídí strukturu a vývoj vesmíru, od pohybu planet až po formování galaxií.
Magnetismus má důležitou roli v některých kosmických jevech, jako jsou sluneční erupce nebo magnetická pole planet, ale nemá takový vliv na strukturu vesmíru jako gravitace.
Vliv obou sil na světlo
Gravitace může ovlivnit cestu světla, například ve formě gravitační čočky, protože světlo je ovlivněné gravitačními poli.
Magnetismus obvykle nemá přímý vliv na světlo, ale může ovlivnit fungování nabitých částic, které světlo produkují.
Gravitace a magnetismus jsou základní přírodní síly. Mají však odlišné charakteristiky a působení v různých kontextech.
2) Proč mají magnety dva póly a ne jeden či více?
Magnety mají vždy dva póly – severní a jižní. Je to základní vlastnost magnetismu. Důvod, proč mají magnety vždy dva póly, souvisí s podstatou magnetického pole a s tím, jak se magnetické pole vytváří na atomární úrovni.
Elektronový spin a orbitální pohyb
Magnetismus v materiálech je způsobený pohybem elektronů. Elektrony mají vlastnost zvanou spin. Je to je kvantově-mechanická vlastnost, která dává elektronům magnetický moment. Když se elektrony pohybují kolem jádra atomu, což se označuje jako orbitální pohyb, vytvářejí také magnetický moment.
Pokud jsou tyto momenty v materiálu uspořádány koherentně, vytvářejí makroskopický magnetický efekt.
Představte si materiál jako velký dav lidí, kde každý člověk drží malou šipku, která může ukazovat buď nahoru nebo dolů. Tyto šipky v tomto příkladu představují „magnetické momenty“.
Koherentní uspořádání znamená, že všichni v davu drží svou šipku ve stejném směru, například všichni nahoru. Dav je v takovém případě „koherentně uspořádaný“.
Když se to stane v materiálu, celý materiál se stává magnetem, protože všechny malé šipky – magnetické momenty, „spolupracují“ a vytvářejí silný magnetický efekt.
Párování elektronů v magnetech
V atomu mohou elektrony existovat v párech s opačnými spiny. Když jsou elektrony spárované, jejich magnetické momenty se vzájemně vyruší a atom nemá žádný celkový magnetický moment. V magnetických materiálech však některé elektrony spárované nejsou a to vede k netočivému magnetickému momentu.
Magnety fungují díky elektronům, malým částicím uvnitř atomů. Elektrony se „točí“ a „krouží“ kolem jádra atomu, což vytváří magnetický efekt.
Zachování magnetického momentu po rozdělení magnetu
Když se pokusíte rozdělit magnet na menší kousky, každý kousek bude mít opět severní a jižní pól. Magnetické momenty na atomární úrovni totiž zůstávají zachované. Takže bez ohledu na to, jak malý magnet nebo magnetický kousek vznikne, stále bude mít dva póly.
Když rozdělíte magnet na menší kousky, každý kousek bude mít pořád oba póly.
Chcete nějaký příklad ze života? Možná si pamatujete starší typy svítilen, do kterých bylo potřeba naládovat tři či více monočlánků baterií s napětím 1,5 voltu hezky za sebou. Když se spojily, vznikla jedna velká baterie, která měla jeden plusový (anoda) a jeden mínusový (katoda) pól, celkem o napětí 4,5 voltu nebo jiném, podle počtu vložených baterií. Stačilo pak zapnout spínač a žárovička se rozsvítila. Jistě víte, že po rozložení této velké baterie vám zůstaly jednotlivé baterie – každá se svým „plusovým“ a „mínusovým“ pólem.
Stejně tak když k sobě spojíte dva magnety, stane se z nich jeden větší magnet. A funguje to i naopak. Po rozdělení magnetu vznikne magnetů více, samozřejmě už nebudou mít takovou sílu jako větší magnet.
Jednopóly, monopóly v teorii
V rámci klasické elektromagnetické teorie neexistují magnetické monopóly – magnety s jedním pólem. Avšak v některých teoriích částicové fyziky se existence magnetických monopólů předpokládá. Tyto teoretické objekty by měly pouze jeden magnetický pól. Dosud však nebyly takové monopólové magnety experimentálně detekované.
Symetrie v přírodě jako u magnetů
Elektromagnetismus je jednou z fundamentálních sil v přírodě a má určitou symetrii. Existence dvou pólů v magnetech je součástí této symetrie. Stejně jako elektrický náboj má dvě formy – kladnou a zápornou, magnetismus má také dvě formy – severní a jižní.
Příroda má svá pravidla a jedním z nich je, že magnety mají vždy dva póly. Stejně jako baterie má kladný a záporný pól, magnet má severní a jižní pól.
Zjednodušeně řečeno, je to způsob, jakým příroda funguje. Magnety vždy mají dva póly, protože tak to bylo „nastavené“ na základní úrovni atomů.
Mohou mít magnety více než dva póly?
Jeden pól magnety nemají, ale existují magnety, které mají více než dva póly. Nejsou to však běžné přírodní magnety. Jedná se o takzvané multipolární magnety.
Jsou vytvořené technologicky a používané v některých průmyslových aplikacích. Příkladem takových magnetů jsou magnety používané v různých elektromotorech, generátorech nebo v systémech využívajících magnetickou levitaci.
Tyto magnety mohou mít více než dva póly uspořádané v určitých vzorech. To umožňuje specifické interakce s jinými magnetickými poli.
I když tyto magnety mají více než dva póly, stále u nich platí základní principy magnetismu. Každý pól v multipolárním magnetu je buď severní nebo jižní, avšak jejich uspořádání a vzory mohou být složitější než u běžných magnetů.Podívejte se také na další magnetické otazníky a odpovědi.