Magnety jsou zajímavé svou schopností přitahovat určité materiály, jako je železo, ocel, nikl či kobalt. Co stojí za touto silou a proč jiné materiály na magnetická pole nereagují? Podíváme se na atomární strukturu materiálů a také vysvětlíme, které procesy ovlivňují životnost a sílu magnetů. Odhalte odpovědi na další magnetické otázky.
1) Proč magnety přitahují jen některé materiály?
Magnety dobře přitahují pouze určité typy materiálů, a to ty, které jsou feromagnetické. Mezi nejčastější feromagnetické materiály patří železo, nikl a kobalt, případně jejich slitiny, například ocel.
Důvodem, proč jsou tyto materiály přitahované magnetem, je jejich unikátní struktura na atomární úrovni. Atomy v těchto materiálech mají nepárové elektrony, jejichž spiny se mohou orientovat stejným směrem a vytvořit tak magnetické domény.
Spiny jsou kvantově mechanické vlastnosti částic, které lze popsat jako druh vnitřního momentu hybnosti. V případě elektronů spin představuje jejich inherentní vlastnost, která určuje, jak reagují v přítomnosti magnetického pole.
Spin elektronu se projevuje jako drobný magnetický moment. To znamená, že elektron funguje jako malý magnet. Když se spiny elektronů ve skupině atomů orientují stejným směrem, mohou vytvořit magnetické domény, což vede ke vzniku magnetického pole v materiálu.
Když je feromagnetický materiál vystavený působení magnetického pole, tyto domény se seřadí do stejného směru a materiál se stane magnetickým, případně je přitahovaný k magnetu.
U jiných materiálů, jako je dřevo, plast nebo guma, chybí struktura, která by mohla na magnetické pole reagovat. Tyto materiály mohou být diamagnetické nebo paramagnetické, což znamená, že buď nereagují na magnetické pole vůbec, nebo reagují jen velmi slabě.
Paramagnetické materiály, jako například hliník nebo platina, reagují na magnetické pole pouze slabě, protože jejich elektrony se orientují stejným směrem jen v přítomnosti vnějšího magnetického pole a nejsou schopné si tuto orientaci udržet po ukončení jeho působení. Tato slabá reakce způsobuje, že jsou paramagnetické materiály magnetické jen dočasně a nejsou přitahované s takovou silou jako feromagnetické materiály.
2) Jakou mají magnety výdrž, jak dlouho fungují?
Magnety mohou mít velice dlouhou funkčnost, avšak jejich schopnost přitahovat může během času klesat v závislosti na okolních podmínkách a typu materiálu, ze kterého jsou vyrobené.
Například neodymové magnety mají vysokou odolnost a mohou si udržet svou magnetickou sílu po mnoho desetiletí, pokud jsou uchovávané a používané v příznivých podmínkách, hlavně mimo vysoké teploty a silná magnetická pole.
Hlavní faktory, které mohou ovlivnit výdrž magnetů, zahrnují:
- Teplota: Překročení teploty zvané Curieova teplota může magnet trvale demagnetizovat.
- Vlhkost a oxidace: Některé typy magnetů jsou citlivé na korozi, která může oslabit jejich sílu. Proto magnety výrobci opatřují ochrannou vrstvou.
- Mechanické poškození: Praskliny a lomy mohou ovlivnit strukturu magnetu a snížit jeho magnetickou sílu.
Feritové magnety mohou mít delší životnost i v horších podmínkách, ale jsou magneticky slabší. Neodymové magnety poskytují více přitažlivé síly a jsou preferované pro využití, kde je důležitá vysoká účinnost. Udržování magnetů v optimálních podmínkách zajistí jejich dlouhodobou funkčnost.
Může se hodit: 5 tipů, jak skladovat magnety: odděleně, opatrně, v suchu
Ani při ideálních podmínkách však nemají magnety nekonečnou životnost, protože postupem času dochází k postupnému poklesu jejich magnetické síly, a to i v dobře kontrolovaných podmínkách. Tento proces je ale extrémně pomalý a závisí na několika faktorech:
1. Termodynamické procesy v magnetech
I při běžných teplotách uvnitř materiálu probíhají mikroskopické změny. Magnetické domény mohou časem měnit svou orientaci, což může vést k tomu, že se magnetická síla snižuje. Tyto změny probíhají velmi pomalu, ale postupně výkon magnetu ovlivňují.
2. Vliv stárnutí materiálu magnetu
Materiály, ze kterých jsou magnety vyrobené, podléhají stárnutí. U neodymových magnetů například dochází k chemickým změnám, které mohou ovlivnit jejich magnetické vlastnosti. I když jsou dobře chráněné před vlhkostí a oxidací, některé mikrostrukturní změny přesto nastávají a magnetická síla pomalinku slábne.
3. Interakce s vnějšími magnetickými poli
Magnety mohou být časem ovlivněné působením vnějších magnetických polí, i když jsou slabá. Tato vnější pole narušují orientaci magnetických domén uvnitř magnetu a postupně tak mohou snížit jeho magnetickou sílu.
4. Vliv teplotních výkyvů
Byť jsou magnety skladované mimo extrémní teploty, běžné teplotní výkyvy po dlouhé době časem ovlivňují jejich vnitřní strukturu a vedou k mírnému poklesu magnetické síly. Materiály mají vždy určitou teplotní citlivost, která se v dlouhodobém horizontu projevuje.
Podívejte se: Jak očistit magnet
Za jak dlouho magnety zeslábnou?
- Neodymové magnety: Pokud jsou skladované správně, tedy mimo vysoké teploty, bez vlhkosti a chráněné před silnými magnetickými poli, mohou si udržet většinu své magnetické síly po desítky let. Typický úbytek jejich síly bývá v řádu maximálně několika procent za 10 let.
- Feritové magnety: Jsou obecně stabilnější a jejich síla může klesat ještě pomaleji než u neodymových magnetů. To znamená, že i po několika desetiletích může být úbytek jejich magnetické síly zanedbatelný.
Přestože magnety mají velmi dlouhou životnost a udržují si svou sílu i po mnoho desetiletí, přírodní zákony a termodynamické procesy způsobují, že nemohou mít 100% funkčnost nekonečnou. Přirozené vlivy, jež ovlivňují materiály na atomární úrovni, vedou k pomalému, ale nevyhnutelnému poklesu jejich magnetických vlastností.