V dalším díle Magnetické základky prozkoumáme, na čem všem drží magnety a co jsou feromagnetické, paramagnetické a diamagnetické materiály, tedy takové, které se k magnetům přitahují silně, slabounce nebo se naopak lehce odpuzují. Podívejte se, jak fungují.
Magnetismus je fyzikální jev se širokým uplatněním v různých oblastech života a techniky, od jednoduchých magnetických držáků v kuchyni nebo dílně, přes elektrotechniku, automobilový, lehký i těžký průmysl, až po složité magnetické systémy v medicíně a vědě.
Z předchozích dílů magnetické základky už víte, že magnety se vzájemně přitahují, když je k sobě natočíte opačnými póly. Pokud jsou k sobě natočené shodnými póly, magnety se odpuzují.
Kromě toho magnety nějak reagují na celou řadu materiálů, a to různým způsobem.
Podle jejich reakce se tyto materiály označují, jako:
Feromagnetické materiály
Feromagnetismus je typ magnetismu, při kterém materiály, jako je železo, vytvářejí trvalé magnetické pole. Všechny se dají zmagnetizovat pomocí silných magnetů nebo magnetizérů.
Magnetické domény, atomy a spiny
Tyto materiály obsahují magnetické domény, složené z atomů železa s magnetickými momenty (spiny) uspořádanými paralelně, stejným směrem. Na feromagnetických materiálech magnety dobře drží.
Velikost magnetických domén se pohybuje od 0,001 mm do 0,1 mm. Každá doména může obsahovat miliony až miliardy atomů. Na hranicích mezi doménami, zvaných doménové stěny, dochází k přechodu magnetických momentů z jednoho směru do druhého. Po magnetizaci materiálu se domény mohou zvětšovat a stěny mezi nimi mizet.
Mezi feromagnetika patří železo (Fe), nikl (Ni), kobalt (Co), gadolinium (Gd), také různé slitiny obsahující tyto kovy, například ocel, AlNiCo, SrFe (feritové magnety), SmCo (samarium-kobaltové magnety) permalloy (slitina železa a niklu), mimetal (železo, nikl, molybden), ferochrom (železo a chrom).
Feromagnetické materiály jsou používané v motorech, generátorech, transformátorech, magnetických záznamových médiích a jinde ve výrobě, průmyslu, elektrotechnice, medicínských zařízeních.
Magnety rovněž drží na některých ze zmíněných povrchově upravených materiálech. Záleží na tloušťce povrchové vrstvy, která bývá z jiného materiálu. Patří mezi ně například pokovené fólie na magnetické tabule.
Paramagnetické materiály
Paramagnetismus je magnetismus, při kterém materiály sice reagují na vnější magnetické pole magnetů, avšak nevytvářejí vlastní trvalé magnetické pole. Nedají se zmagnetizovat. Magnetické momenty atomů jsou uspořádané náhodně, což znamená, že celkový magnetický moment materiálu je nulový. Při vystavení vnějšímu poli se částečně zarovnávají.
Mezi paramagnetika patří hliník (Al), platina (Pt), mangan (Mn) a další paramagnetické prvky či slitiny z nich, například alumel (hliník a nikl), manganová ocel.
Paramagnetické materiály bývají obsažené v různých typech senzorů, měřicích přístrojích.
Diamagnetické materiály
Diamagnetismus je magnetismem, při kterém materiály vytvářejí slabé odpudivé pole v reakci na vnější magnetické pole magnetu. Hodně materiálů vykazují určitý stupeň diamagnetismu, ale v diamagnetických materiálech je tento efekt dominantní.
Mezi diamagnetika patří měď (Cu), zlato (Au), stříbro (Ag), měď (Cu), bismut (Bi), grafit (C), dále různé slitiny, například mosaz (měď a zinek), bronz (měď a cín), CuBe (měď a beryllium). Mezi nejsilnější diamagnetikum patří pyrolytický uhlík, který se využívá na experimenty s levitací.
Sbíráte mince? Pro ověření pravosti se vám může hodit magnetický tester mincí.
Mezi diamagantika se rovněž řadí mnoho dalších nekovových materiálů, sklo, keramika, dřevo, papír, textil, hlína, plasty nebo i voda, ale jejich diamagnetismus je pouze slabě patrný.
Diamagnetické materiály se používají v levitačních technologiích, experimentálních nastaveních a některých specifických technických aplikacích.
Vyzkoušejte, jak reaguje magnet, když jej hodíte do měděné trubky.
Anti, ferri a superparamagnetismus
Kromě feromagnetismu, paramagnetismu a diamagnetismu existují další typy materiálů, podle jejich reakce na magnetická pole. Pár jich zmiňujeme.
Antiferomagnetismus
Antiferomagnetické materiály mají magnetické momenty sousedních atomů nebo iontů uspořádané v opačných směrech. To vede k tomu, že se celkové magnetické momenty vzájemně ruší. Mezi antiferomagnetika se řadí hematit (Fe₂O₃) nebo chrom (Cr). Některé magnety jspo pochromované a fungují stejně jako běžné neodymové magnety s poniklováním.
Ferrimagnetismus
Ferrimagnetické materiály jsou podobné těm antiferomagnetickým, ale magnetické momenty mají různě velké, takže se zcela neruší, což způsobuje slabé magnetické pole. Mezi ferrimagnetika patří magnetit (Fe₃O₄) a některé feritové materiály.
Superparamagnetismus
Superparamagnetismus se objevuje u velmi malých feromagnetických nebo ferrimagnetických částic, kde termální energie může překonat magnetickou anizotropii. To vede k rychlé změně směru magnetizace. Mezi superparamagnetické materiály se řadí nanokrystaly železa, kobaltu či niklu.
Zmíněné typy magnetických reakcí jsou využívané ve vědeckých a technologických aplikacích, medicíně, v datových úložištích a pro magnetické stínění.
Kromě uvedených skupin existují další. Avšak jejich rozbor už by zřejmě nepatřil do seriálu Magnetická základka. Pro zajímavost je alespoň uvedeme: spinová skla, metamagnetické či helimagnetické látky, heuslerovy slitiny, magnetická skyrmionika nebo například lodestone magnetismus.
Feromagnetika domů, diamagnetika na pokusy
Pro využití v běžném životě, doma, v kanceláři, ve škole, dílně vás budou nejvíce zajímat feromagnetické materiály, na nichž magnety dobře drží.
Sledujte další magnetické zajímavosti na blogu Magnetik.