oddziaływanie magnetyczne
Oddziaływanie magnetyczne — Oddziaływanie magnetyczne – jest efektem oddziaływań, wytworzonych pomiędzy poruszającymi się ładunkami. Oddziaływanie magnetyczne zostało wyodrębnione z oddziaływań elektrostatycznych, ze względu na nieco odmienną naturę.
Od kamienia do zrozumienia
Pierwsze obserwacje oddziaływań magnetycznych przypisuje się Chińczykom. Materiałem badawczym w tym zakresie stał się niepozornie wyglądający kamień, który był w stanie przyciągać żelazo. Kamień ten otrzymał powszechnie używaną nazwę dopiero w czasach starożytnej Grecji, a nazwa ta pochodziła od regionu, w którym występował. Chodzi tu o region zwany Magnezją oraz o kamień nazwany magnetytem. Chińczycy wykorzystywali magnetyt do różnych celów już w XI wieku, Europejczykom zaś w XII wieku przydawał się głównie w podróżach morskich, stanowiąc element konstrukcji kompasu.
Około 1600 roku angielski fizyk i lekarz Wiliam Gilbert w opublikowanym dziele „De Magnete” opisał wyniki gruntowniejszych badań nad zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi, stwierdzając, że Ziemia działa jak olbrzymi magnes. Po publikacji naukowych tez, zaczęto rozumieć, że działanie kompasu tak naprawdę jest powiązane z oddziaływaniami magnetycznymi Ziemi.
XIX wiek, to okres, w którym rozwinęła się współczesna wiedza o magnetyzmie. Dokonano wtedy znacznych odkryć w tej dziedzinie. Należy wspomnieć tu duńskiego fizyka Hansa Christiana Oersted, który w 1820 roku zaobserwował oddziaływanie prądu elektrycznego przepływającego przez przewód, na igłę magnetyczną umieszczoną w jego pobliżu. Następnie francuskiego fizyka i matematyka André Marie Ampère, który dzięki odkryciu Oersteda, w latach 1820–1823 sformułował prawo określające siły magnetyczne między prądami elektrycznymi. Stwierdził on, że właściwości magnetyczne rud żelaza i stali wynikają z prądów molekularnych wewnątrz materii. Następnie w 1831 roku Michael Faraday, angielski fizyk i chemik odkrył zjawisko indukcji magnetycznej, wprowadzając jednocześnie pojęcie natężenia pola magnetycznego, jako odrębnej wielkości fizycznej. Jednak naprawdę wielkim odkryciem było zaobserwowanie wpływu pola magnetycznego na prąd elektryczny. Dzięki temu, możliwe stało się wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą prądnic. Stąd było już niedaleko do teorii fizyka Jamesa Clarka Maxwella z 1873 roku o falach elektromagnetycznych i opisanie ich w sposób matematyczny oraz do eksperymentów fizyka Heinricha Hertza, który dzięki eksperymentom potwierdził teorie Maxwella. Dzięki temu potwierdzono związek pomiędzy elektrycznością i magnetyzmem, co pozwoliło na stworzenie teorii elektromagnetyzmu, która następnie przyczyniła się do rozwoju nowoczesnej nauki i techniki.
Pole magnetyczne
Pole magnetyczne wraz z obiektami, które się w nim znajdują należy opisać, jako obszar o pewnych właściwościach, w którym istnieją oddziaływania zachodzące na odległość i związane z obecnością cząstek naładowanych, przewodników czy magnesów, przez które przepływa prąd elektryczny.
Właśnie w takim środowisku, pojawiają się te dodatkowe siły, w postaci oddziaływań magnetycznych. Są one dość odmienne od sił elektrycznych, chociaż można je uznać za spokrewnione za sobą.
Pole magnetyczne oddziałuje na magnesy trwałe, a także na naładowane elektrycznie obiekty. Gdy naładowany obiekt porusza się w polu magnetycznym działa na niego siła zwana Siłą Lorentza. Powoduje ona zmianę wektora kierunku, naładowany elektrycznie obiekt zaczyna skręcać pod wpływem pola magnetycznego.
Aby wiedza o magnetyzmie była pełniejsza, należałoby ją uzupełnić o teorię elektromagnetyzmu Maxwella, teorię względności Einsteina oraz o kwantowe właściwości cząstek.
Siła Lorentza
Jest to siła, która działa na obiekt, który posiada ładunek elektryczny i porusza się on w polu magnetycznym.
Ładunek elektryczny, który znajduje się w stanie spoczynku nie wytwarza pola magnetycznego, natomiast ładunek elektryczny, który się porusza już takie pole wytwarza. W polu magnetycznym oddziałują na siebie dwa pola magnetyczne. Jedno pochodzi z miejsca zastanego, a drugie jest wynikiem poruszającego się ładunku elektrycznego.
Pole magnetyczne Ziemi
Nasza planeta także wytwarza pole magnetyczne, dzięki czemu działają kompasy, wyznaczające kierunek północ-południe. Powstaje jedynie pytanie, czy to, co uważamy za kierunek północny faktycznie nim jest. Ponieważ dwa bieguny jednoimienne (N i N oraz S i S) odpychają się, a dwa bieguny różnoimienne (N i S) przyciągają się, to prowadzi to do wniosku, że w gruncie rzeczy geograficzny biegun północny jest tak naprawdę południowym biegunem magnetycznym, a południowy biegun geograficzny jest północnym.
Przyczyna występowania pola magnetycznego ziemskiego nie jest do końca poznana. Wiadomo natomiast, że jest ono przyczyna powstawania na niebie gry świateł, nazwanych zorzą polarną.
Magnetyki
Magnetykami określa się ciała, którym można nadawać właściwości magnetyczne.
Dzieli się je na:
Każde ciało ma swoją podatność magnetyczną, czyli stopień, w jakim poddaje się namagnesowaniu pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. W ten sposób ciała będące diamagnetykami mają małą i ujemną podatność magnetyczną, paramagnetyki posiadają wciąż małą, ale dodatnią podatność magnetyczną, natomiast dla ferromagnetyków jest ona zarówno dodatnia jak i naprawdę duża.
Same zjawiska można opisać następująco:
Diamagnetyzm – powstawanie wewnątrz ciała pola magnetycznego indukowanego przez pole zewnętrzne, które jednocześnie mu przeciwdziała. Diamagnetyki po umieszczeniu w polu magnetycznym magnesują się słabo i w dodatku nietrwale, przeciwnie do pola magnetycznego.
Paramagnetyzm – słabe magnesowanie się ciała w zewnętrznym polu magnetycznym, w kierunku zgodnym z tym polem. Gdy zmniejszy się natężenie zewnętrznego pola magnetycznego, namagnesowanie ciała także ulega zmniejszeniu, a po pewnym czasie w ogóle zanika.
Ferromagnetyzm – to takie właściwości magnetyczne ciała krystalicznego, które wynikają z istnienia uporządkowanych równolegle elementarnych momentów magnetycznych. Ferromagnetyki wykazują stałe namagnesowanie i mają silne właściwości magnetyczne.
Wpływ oddziaływania magnetycznego na organizmy żywe
W związku z rozwojem wielu dziedzin nauki, naukowcy kierują swoje zainteresowania ku coraz nowszym badaniom różnych procesów. Do kręgu zainteresowań dołączyło także oddziaływanie magnetyczne i jego wpływ na różne procesy życiowe organizmów. Poniżej wymienione zostały główne kierunki zainteresowań w tym zakresie.
Magneto stymulacja – to oddziaływanie pól magnetycznych stałych i wolnozmiennych na rośliny w czasie ich wzrostu i rozwoju.
Magneto skaryfikacja – to pobudzanie za pomocą pola magnetycznego nasion do szybszego kiełkowania i wzrostu. Ma ono wspomagać przede wszystkim rośliny, które przejawiają niski potencjał kiełkowania.
Magneto kompensacja – koncepcja wpływu pola geomagnetycznego Ziemi na przemiany fizjologiczne w organizmach żywych. W praktyce można ją wykorzystać w przemyśle, na przykład do wydłużenia czasu przechowywania owoców, takich jak chociażby jabłka.
Magneto ekstrakcja – nowa gałąź zainteresowania nowoczesnej nauki, która wykorzystuje pola magnetyczne stałe i zmienne do procesu ekstrakcji wodnej, w celu ulepszenia pozyskania składników roślinnych, które są cenne biologicznie.
Magnetoterapia – to zastosowanie pól magnetycznych w medycynie. Obecnie nawet jest to jedna z bardziej popularnych metod fizykoterapeutycznych, która wspomaga leczenie wielu schorzeń. Oddziaływanie pola magnetycznego przenika przez organizm, przez co zmienia funkcje biologiczne tkanek i wspomaga procesy regeneracyjne.
