Magnet

Magnet (z řeckého μαγνήτις λίθος magnétis líthos, „Magnesijský kámen“) je objekt, který v prostoru ve svém okolí vytváří magnetické pole. Může mít formu permanentního magnetu nebo elektromagnetu. Permanentní magnety nepotřebují k vytváření magnetického pole vnější vlivy. Vyskytují se přirozeně v některých horninách, ale dají se také vyrobit. Elektromagnety potřebují k vytvoření magnetického pole elektrický proud – když se zvětší proud, zvětší se i magnetické pole.

Materiály, které mohou vytvářet za určitých podmínek magnetické pole, se nazývají magnetika a dělí se do 4 skupin:

Feromagnetika (železo, nikl, kobalt nebo některé slitiny) – silně magnetická se spontánní magnetizací, vysoká permeabilita.
Ferimagnetika (sloučeniny Fe₂O₃ s oxidy jiných kovů jako mangan, baryum) – různé krystalické podmřížky mohou mít různou magnetizaci, která jim zůstává.
Paramagnetika (hliník, vápník, kyslík, uran) – magnetická slaběji a pouze v přítomnosti vnějšího pole.
Diamagnetika (uhlík, měď, síra, zlato, voda) – chovají se jako paramagnetika, ale vnější magnetické pole je vždy odpuzuje.
Elektromagnety (veškeré elektricky vodivé materiály) – pro maximalizaci magnetické síly jsou používány cívky z vodičů o malém odporu s paramagnetickými jádry.

Vinutí elektromagnetu lze udělat z jakékoliv látky, která vede elektrický proud. Materiály jádra dělíme podle chování na magneticky měkké, tj. po vypnutí proudu pole ihned ztrácejí a magneticky tvrdé, které si magnetické pole uchovávají a tedy po vypnutí proudu jsou z nich permanentní magnety.

Všechny magnety podléhají své Curieově teplotě.

Záznamová média: Videokazety, audiokazety, pevné disky i diskety jsou všechno zařízení, kde jsou informace analogově nebo digitálně zaznamenané do ferrimagnetického materiálu jako proměnné magnetické pole. Čtecí zařízení pak tímto polem projíždí a jeho změny v něm generují elektrické signály, které jsou dále zpracovány.
Kreditní nebo debetní platební karty používají na sobě magnetický proužek, ve kterém jsou zapsány potřebné údaje o držiteli.
Přenášení předmětů a separace kovů: Dostatečně silné magnetické pole dokáže zvednout jakýkoliv fero- nebo paramagnetický materiál. Ve velmi silných magnetických polích je možné zvednout i organické materiály^[1]. Hojně se tohoto využívá například na šrotovištích, kde mohutné elektromagnety zvedají celá auta. Také jde o dobrý způsob jak separovat kovový odpad ze smíšeného. Na třídící lince silný elektromagnet vyfiltruje veškeré kovové odpadky na běžícím páse.
Domácí použití: Magnety na ledničce, v rukavicích, magnetické hračky (např. stavebnice z magnetických dílů), zavírače dvířek.
Kompasy: Střelka kompasu reaguje na magnetické pole Země a otáčí se svým severním pólem k jižnímu magnetickému pólu.
Audiotechnika: V reproduktorech jsou elektromagnety, které rozkmitávají své jádro. Toto jádro přenáší pak mechanické kmity do membrány, která vydává požadovaný zvuk. V elektrických kytarách jsou zase magnety v cívkách. Při rozeznění struny se kmity přenáší na magnet, jenž se rozkmitá a v cívce generuje proud. Proud je pak obvody zpracován a převeden na požadovaný tón a zvukový efekt.
Medicína: Permanentní magnety a elektromagnety jsou součástí MRI přístrojů pro nahlížení do lidského těla bez nutnosti chirurgického zákroku. Navíc je tato metoda, na rozdíl třeba od rentgenu, zdravotně nezávadná a lidé nevykazují žádné známky ozáření.
Elektromotor

Přídržná síla jednoho magnetu

Maximální síla, kterou může magnet tahat nebo tlačit, je přibližně rovna síle magnetického pole uvnitř tenké vzduchové mezery uvnitř uzavřené magnetické smyčky o průřezu a indukci tohoto magnetu. Pokud tuto sílu vydělíme průřezem, dostaneme tlak, který magnetické pole způsobuje uvnitř hmoty magnetu. Vztah pro hledanou sílu je:

F={{B^{2}S} \over {2\mu _{0}}}

kde:

F je síla [N]

S je průřez magnetu [m²]

B je magnetická indukce pole magnetu [T]

μ₀ je permeabilita vakua [H/m]

Pokud magnetem zvedáme ve vertikálním směru závaží o hmotnosti m, jeho maximální hmotnost je dána vztahem:

m={{B^{2}S} \over {2\mu _{0}g}}

kde g je tíhové zrychlení [m/s²].

Síla mezi dvěma tyčovými magnety

Síla mezi dvěma stejnými válcovými tyčovými magnety, které jsou postaveny k sobě konci, je dána vztahem:

F={1 \over \pi \mu _{0}}B_{0}^{2}S^{2}\left(1+{R^{2} \over l^{2}}\right)\left({1 \over x^{2}}+{1 \over (x+2l)^{2}}-{2 \over (x+l)^{2}}\right)

kde:

B₀ je magnetická indukce přímo na koncích magnetů [T]

S je plocha průřezu každého magnetu [m²]

l je délka každého magnetu [m]

R je poloměr každého magnetu [m]

x je vzdálenost mezi póly magnetů [m]

μ₀ je permeabilita vakua [H/m]

Magnetická indukce B₀ je v tomto vztahu dána:

B_{0}\,=\,{\frac {\mu _{0}}{2}}M

kde M je magnetizace magnetů [A/m].

Všechny tyto vztahy jsou založené na Gilbertově modelu, který je použitelný pouze na větší vzdálenosti vzhledem k poloměru R. V jiných modelech (například Ampérův model) jsou používány složitější vztahy, které někdy nemohou být vyřešeny analyticky. V těchto případech je nutné počítat pouze numericky.

Reference

[1]
(anglicky) http://www.physics.org/explorelink.asp?id=4628&q=diamagnetic%20levitation Archivováno 23. 10. 2015 na Wayback Machine.

Související články