Magnetickou sílu a magnety většina lidí používá „přitažlivým“ způsobem, kdy se magnety k sobě nebo ke kovovému předmětu přitahují. Ale když magnety k sobě otočíte stejnými póly, odpuzují se od sebe. I odpudivá síla se dá dobře využít, například pro účely levitace, ložisek, ve stavebnicích i elektronice. Podívejte se na pár příkladů a zároveň si odpudivou sílu vyzkoušejte.
Pokud používáte magnety, jistě víte, že se k sobě silně přitahují. Když jeden z nich otočíte a magnety tak k sobě budou natočené stejnými póly, odpuzují se.
Ve 39. díle seriálu Magnetické otazníky jsme se ptali: Je přitažlivá síla magnetů stejně silná jako odpudivá síla? A zároveň odpověděli, že se mírně liší, a zmínili také důvody, proč tomu tak je.
Co se stane, když k sobě magnety natočíte stejnými póly
Pokud k sobě magnety natočíte shodnými póly, budou se odpuzovat. Děje se to z důvodu, protože si magnety vzájemně narušují paralelní orientaci magnetických domén, jejich „zarovnání“. V případě přiblížení silnějšího magnetu ke slabšímu ten silnější ovlivní slabší magnet.
Většinou se magnety přitahují
Ve většině případů jsou silné magnety používané k tomu, aby se vzájemně secvakly, tedy přitahovaly k sobě, anebo se přitahovaly k feromagnetickému materiálu, železu či oceli. Avšak existuje i počet využití odpudivé síly magnetů. Podívejte se na pár příkladů.
1) Magnetická levitace a supervlak Maglev
Magnetická levitace, často označovaná jako Maglev, je technologie, která využívá magnetické odpuzování k dosažení levitace, tedy zvednutí a udržení objektu ve vzduchu bez podpory jakékoliv fyzické struktury. Tento jev je dosažený pomocí vzájemného odpuzování dvou magnetů.
S magnetickou levitací se můžete setkat i v praxi:
Supervlak Maglev
Maglev vlaky využívají magnetické odpuzování mezi kolejemi a vlakem k dosažení levitace, což minimalizuje tření. Absence tření umožňuje těmto vlakům dosahovat extrémně vysokých rychlostí až 600 km/h a zároveň cestujícím dopřát hladkou a tichou jízdu.
Maglev vlaky jsou v provozu v několika zemích, Číně a Japonsku, kde spojují významné metropolitní oblasti.
Tip: Vyrobte si magnetický mini vláček „Maglev“
Maglev výtahy
Rovněž výtahy mohou využívat maglev technologii k vertikálnímu i horizontálnímu pohybu kabiny bez potřeby kabelů či nosných lan. Schopnost pohybu výtahu horizontálním i vertikálním směrem může revolucionizovat design budov a umožnit nové architektonické koncepty. Výzkum a vývoj v oblasti maglev výtahů ale teprve probíhá a komerční využití je zatím omezené.
Magnetická levitace v průmyslu
Maglev technologie může být využitá k pohybu materiálů v průmyslových procesech bez fyzického kontaktu. Minimalizuje opotřebení a kontaminaci materiálů během výrobního procesu. Na některých výrobních linkách používají magnetické pásy k přepravě kovových předmětů, obrobků a výrobků.
Tip: Zajímavostí je, že pyrolytický uhlík (grafit) je odpuzovaný oběma póly magnetu zároveň.
Levitování předmětů v gadgetech, hračkách a umění
Pomocí magnetické levitace se může vznášet glóbus ve vzduchoprázdnu, stejně tak psací potřeby a jiné menší předměty. Někteří umělci magnety ve svých instalacích umisťují tak, aby se vzájemně odpuzovaly a vytvářely levitující efekt.
Přitažlivé i odpudivé síly jsou využívané v konstrukcích magnetických hraček, stavebnic, hlavolamů, ve kterých bývají použité neodymové magnety.
Výhody a nevýhody magnetické levitace
Vytváření stabilních a silných magnetických polí vyžaduje značné množství energie. Vývoj a implementace maglev systémů jsou finančně náročné. Výzvou bývá precizní inženýrské a technické řešení k zajištění bezpečnosti i efektivity.
Magnetická levitace je fascinující technologie s širokou škálou možností, která však zatím stále čelí různým výzvám, jež je třeba překonat, aby se stala běžně používanou technologií v různých odvětvích.
Vyzkoušejte magnetický pokus rotování pétanque koule s magnety
2) Magnetické zavírání s využitím odpudivé síly
Když jsou magnety orientované stejnými póly k sobě, odpuzují se. V určitém bodě, pokud jsou magnety u sebe dostatečně blízko, mohou být konstrukčně překlopené do pozice, kdy se jejich opačné póly naopak přitahují a dvířka se uzavřou.
Výrobci toho využívají třeba pro „měkké“ a tiché zavírání dveří nebo dvířek nábytku, skříněk. Jestliže jsou dveře či dvířka téměř zavřené, magnety se odpuzují a vytváří jemné brzdění. Jakmile jsou dveře dostatečně blízko, magnety se překlopí, jejich opačné póly se přitáhnou a dveře uzavřou.
3) Magnetická beztřecí ložiska
Beztřecí ložiska, také známá jako magnetická ložiska, jsou typ ložisek, jež umožňují rotaci částí bez fyzického kontaktu mezi sebou pro minimalizaci tření a opotřebení. Je toho dosažené využitím magnetické odpuzovací síly, která udržuje rotující části od sebe oddělené.
Magnety jsou umístěné tak, aby se vzájemně odpuzovaly a vytvářely volný prostor mezi rotujícími částmi. K udržení stability a zabránění kontaktu mezi částmi ložiska bývají používané další elektromagnetické nebo aktivní kontrolní systémy.
Absence fyzického kontaktu eliminuje téměř veškeré tření. Bez tření nevzniká prakticky žádné opotřebení, životnost komponent se díky tomu prodlužuje, není potřeba ani velká údržba. Bez tření se dá navíc docílit vyšších otáček bez rizika přehřívání, které tření mnohdy způsobuje.
Beztřecí ložiska bývají využívaná ve větrných a plynových turbínách, v letectví, generátorech. Funkčnost ložisek bez potřeby mazání je potřebná také pro použití, kde by mohla hrozit kontaminace prostředí, například v lékařských přístrojích.
Může vás zajímat: Existuje magnetický motor? Pokud ano, jak funguje?
4) Vědecký výzkum
Magnetické odpuzování je v oblasti vědeckého výzkumu důležité zejména v kontextu studia materiálů a jejich vlastností v podmínkách, které minimalizují vnější vlivy, tření či gravitaci. Vědci využívají techniky magnetické levitace k vytváření „beztížných“ podmínek pro experimenty s materiály a biologickými vzorky. Mohou díky tomu lépe studovat fyzikální vlastnosti materiálů, hustotu, viskozitu, teplotu tání.
V biologii se tyto techniky používají ke studiu buněk a tkání ve stavu, který napodobuje beztížnost. Studium buněk v beztížných podmínkách poskytuje cenné informace o jejich chování, růstu a diferenciaci.
Vytváření stabilních a kontrolovaných podmínek pro magnetickou levitaci ve vědě vyžaduje sofistikovanou technologii a odborné znalosti. Některé materiály mohou být pro tyto experimenty nevhodné kvůli svým magnetickým vlastnostem.
Magnetické odpuzování a levitace nabízejí vědcům jedinečnou možnost prozkoumat vlastnosti a chování materiálů a biologických vzorků v podmínkách, které jsou co nejblíže beztížnosti. Tato metoda umožňuje odhalit nové poznatky o fundamentálních fyzikálních a biologických procesech, které by jinak byly obtížně pozorovatelné.
Může se magnet odpuzovat i od kovu?
Ve výše uvedených příkladech jsme popisovali využití odpudivých magnetických sil, které vznikají přiblížením magnetů k sobě shodnými póly. Pokud však magnet přicvaknete na feromagnetický kov, železo, nikl, ocel, i po otočení magnetu se bude ke kovovému předmětu dál přitahovat.
Ale existují kovové materiály, od nichž se magnety mírně odpuzují. Diamagnetické látky vnější magnetické pole zeslabují. V důsledku toho se od magnetu mírně odpuzují. Patří mezi ně třeba bismut, uhlík, zlato, stříbro, měď nebo zinek.
Jak toho využít? Můžete si vytvořit magnetický tester stříbrných mincí a zjistit, zda jsou pravé.
Sledujte další magnetické zajímavosti na blogu Magnetik.