Magnetinė objektų sąveika yra vienas iš pagrindinių procesų, valdančių viską Visatoje. Jo matomos apraiškos yra magnetiniai reiškiniai. Tarp jų – šiaurės pašvaistė, magnetų trauka, magnetinės audros ir kt. Kaip jos atsiranda? Kas jie?
Magnetizmas
Magnetiniai reiškiniai ir savybės bendrai vadinami magnetizmu. Apie jų egzistavimą žinoma labai seniai. Spėjama, kad dar prieš keturis tūkstančius metų kinai naudojo šias žinias kurdami kompasą ir vesdami keliones jūra. Atlikti eksperimentus ir rimtai tyrinėti fizikinį magnetinį reiškinį pradėta tik XIX a. Hansas Oerstedas laikomas vienu pirmųjų šios srities tyrinėtojų.
Magnetiniai reiškiniai gali atsirasti tiek kosmose, tiek Žemėje ir pasireikšti tik magnetiniuose laukuose. Tokie laukai atsiranda dėl elektros krūvių. Kai krūviai stovi, aplink juos susidaro elektrinis laukas. Kai jie juda – magnetinis laukas.
Tai yra, magnetinio lauko reiškinys atsiranda atsiraduselektros srovė arba kintamasis elektrinis laukas. Tai erdvės sritis, kurioje veikia jėga, kuri veikia magnetus ir magnetinius laidininkus. Jis turi savo kryptį ir mažėja tolstant nuo š altinio – laidininko.
Magnetai
Kūnas, aplink kurį susidaro magnetinis laukas, vadinamas magnetu. Mažiausias iš jų yra elektronas. Magnetų trauka yra garsiausias fizinis magnetinis reiškinys: jei pritvirtinsite du magnetus vienas prie kito, jie arba pritrauks, arba atstums. Viskas priklauso nuo jų padėties vienas kito atžvilgiu. Kiekvienas magnetas turi du polius: šiaurės ir pietų.
To paties pavadinimo poliai vienas kitą atstumia, o priešingi poliai, atvirkščiai, traukia. Jei perpjausite į dvi dalis, šiaurės ir pietų ašigaliai neatsiskirs. Dėl to gausime du magnetus, kurių kiekvienas taip pat turės po du polius.
Yra daugybė medžiagų, kurios yra magnetinės. Tai geležis, kob altas, nikelis, plienas ir kt. Tarp jų yra skysčių, lydinių, cheminių junginių. Jei magnetai laikomi šalia magneto, jie patys juo taps.
Tokios medžiagos, kaip gryna geležis, lengvai įgyja šią savybę, bet ir greitai su ja atsisveikina. Kiti (pvz., plienas) įmagnetina ilgiau, bet išlaiko efektą ilgą laiką.
Įmagnetinimas
Aukščiau nustatėme, kad judant įkrautoms dalelėms atsiranda magnetinis laukas. Tačiau apie kokį judėjimą galime kalbėti, pavyzdžiui, ant šaldytuvo kabančio geležies gabalo? Visimedžiagas sudaro atomai, kuriuose yra judančių dalelių.
Kiekvienas atomas turi savo magnetinį lauką. Tačiau kai kuriose medžiagose šie laukai yra atsitiktinai nukreipti skirtingomis kryptimis. Dėl to aplink juos nesusidaro vienas didelis laukas. Tokios medžiagos negali įmagnetinti.
Kitose medžiagose (geležies, kob alto, nikelio, plieno) atomai gali išsirikiuoti taip, kad visi būtų nukreipti vienodai. Dėl to aplink juos susidaro bendras magnetinis laukas ir kūnas įmagnetinamas.
Pasirodo, kad kūno įmagnetinimas yra jo atomų laukų išdėstymas. Norint sulaužyti šią tvarką, pakanka stipriai smogti, pavyzdžiui, plaktuku. Atomų laukai ims chaotiškai judėti ir praras magnetines savybes. Tas pats nutiks, jei medžiaga bus kaitinama.
Magnetinė indukcija
Magnetiniai reiškiniai yra susiję su judančiais krūviais. Taigi aplink laidininką su elektros srove tikrai atsiras magnetinis laukas. Bet ar gali būti atvirkščiai? Anglų fizikas Michaelas Faradėjus kartą uždavė šį klausimą ir atrado magnetinės indukcijos reiškinį.
Jis padarė išvadą, kad nuolatinis laukas negali sukelti elektros srovės, bet kintamas – gali. Srovė atsiranda uždaroje magnetinio lauko grandinėje ir vadinama indukcija. Tokiu atveju elektrovaros jėga pasikeis proporcingai grandinėje prasiskverbiančio lauko greičio pokyčiui.
Faradėjaus atradimas buvo tikras proveržis ir atnešė daug naudos elektros gamintojams. Jo dėka tapo įmanoma gauti srovę iš mechaninės energijos. Buvo pritaikytas mokslininko išvestas dėsnis irnaudojamas elektros variklių, įvairių generatorių, transformatorių ir kt. įrenginyje.
Žemės magnetinis laukas
Jupiteris, Neptūnas, Saturnas ir Uranas turi magnetinį lauką. Mūsų planeta nėra išimtis. Įprastame gyvenime mes to beveik nepastebime. Jis nėra apčiuopiamas, neturi skonio ar kvapo. Tačiau būtent su juo siejami magnetiniai reiškiniai gamtoje. Tokie kaip aurora, magnetinės audros ar magnetorecepcija gyvūnams.
Iš esmės Žemė yra didžiulis, bet ne itin stiprus magnetas, turintis du polius, kurie nesutampa su geografiniais. Magnetinės linijos palieka planetos pietinį ašigalį ir patenka į šiaurę. Tai reiškia, kad iš tikrųjų Pietų Žemės ašigalis yra šiaurinis magneto ašigalis (todėl Vakaruose pietų ašigalis žymimas mėlyna spalva – S, o raudonai – šiaurės ašigalį – N).
Magnetinis laukas tęsiasi šimtus kilometrų nuo planetos paviršiaus. Jis tarnauja kaip nematomas kupolas, atspindintis galingą galaktikos ir saulės spinduliuotę. Radiacijos dalelėms susidūrus su Žemės apvalkalu, susidaro daug magnetinių reiškinių. Pažvelkime į garsiausius iš jų.
Magnetinės audros
Saulė daro didelę įtaką mūsų planetai. Jis ne tik suteikia mums šilumos ir šviesos, bet ir provokuoja tokius nemalonius magnetinius reiškinius kaip audros. Jų atsiradimas yra susijęs su saulės aktyvumo padidėjimu ir procesais, vykstančiais šios žvaigždės viduje.
Žemę nuolat veikia jonizuotų dalelių srautas iš Saulės. Jie juda kartu300–1200 km/s greičiu ir yra apibūdinami kaip saulės vėjas. Tačiau kartas nuo karto ant žvaigždės įvyksta staigus didžiulio šių dalelių išmetimas. Jie veikia kaip smūgiai ant žemės apvalkalo ir sukelia magnetinio lauko virpesius.
Tokios audros paprastai trunka iki trijų dienų. Šiuo metu kai kurie mūsų planetos gyventojai jaučiasi prastai. Korpuso virpesiai mumyse atsispindi galvos skausmais, padidėjusiu spaudimu ir silpnumu. Per gyvenimą žmogus vidutiniškai patiria 2000 audrų.
Šiaurės pašvaistė
Gamtoje yra ir malonesnių magnetinių reiškinių – šiaurės pašvaistė ar pašvaistė. Jis pasireiškia kaip dangaus švytėjimas su greitai besikeičiančiomis spalvomis ir dažniausiai būna didelėse platumose (67–70 °). Esant stipriam saulės aktyvumui, spindėjimas stebimas dar mažesnis.
Maždaug 64 kilometrus virš ašigalių įkrautos saulės dalelės susilieja su magnetinio lauko tolimiausiomis sritimis. Čia kai kurie iš jų keliauja į Žemės magnetinius polius, kur sąveikauja su atmosferos dujomis, todėl atsiranda pašvaistė.
Švytėjimo spektras priklauso nuo oro sudėties ir jo retėjimo. Raudonas švytėjimas atsiranda 150–400 kilometrų aukštyje. Mėlynos ir žalios spalvos atspalviai yra susiję su dideliu deguonies ir azoto kiekiu. Jie atsiranda 100 kilometrų aukštyje.
Magnitopriėmimas
Pagrindinis mokslas, tiriantis magnetinius reiškinius, yra fizika. Tačiau kai kurie iš jų gali būti susiję ir su biologija. Pavyzdžiui, gyvybės magnetinis jautrumasorganizmai – gebėjimas atpažinti Žemės magnetinį lauką.
Daugelis gyvūnų, ypač migruojančių rūšių, turi šią unikalią dovaną. Magnetorecepcija buvo pastebėta šikšnosparnių, balandžių, vėžlių, kačių, elnių, kai kurių bakterijų ir kt. Tai padeda gyvūnams naršyti erdvėje ir rasti savo namus, nutolstant nuo jo dešimtis kilometrų.
Jei žmogus orientuojasi kompasu, tai gyvūnai naudoja visiškai natūralius įrankius. Mokslininkai dar negali tiksliai nustatyti, kaip ir kodėl veikia magnetorecepcija. Tačiau žinoma, kad balandžiai sugeba rasti savo namus net ir nunešti nuo jų šimtus kilometrų, uždarydami paukštį visiškai tamsioje dėžėje. Vėžliai savo gimtinę atranda net po metų.
Savo „supergalių“dėka gyvūnai numato ugnikalnių išsiveržimus, žemės drebėjimus, audras ir kitus kataklizmus. Jie jautrūs magnetinio lauko svyravimams, todėl padidėja savisaugos galimybė.
