Βασικές πληροφορίες
Γλωσσάριο/νέες έννοιες:
Μαγνήτης είναι κάθε σώμα που δημιουργεί ένα αόρατο μαγνητικό πεδίο γύρω του και ασκεί μαγνητική δύναμη σε άλλα μαγνητισμένα υλικά.
Ο ηλεκτρομαγνήτης είναι μια συσκευή που αποτελείται από ένα συρμάτινο πηνίο με πυρήνα σιδήρου και δημιουργεί μαγνητικό πεδίο εάν περάσει ηλεκτρικό ρεύμα στο πηνίο του.
Οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής είναι φανταστικές καμπύλες που μας βοηθούν να φανταστούμε την ένταση και την κατεύθυνση ενός μαγνητικού πεδίου στο χώρο.
Ο μαγνήτης σε μια πυξίδα είναι ένα λεπτό βέλος από μαγνητισμένο σίδηρο ή χάλυβα που περιστρέφεται ελεύθερα γύρω από έναν κατακόρυφο άξονα σε μια αιχμηρή αιχμή. Είναι ευθυγραμμισμένος κατά μήκος των δυναμικών γραμμών του μαγνητικού πεδίου της γης. Μέσω αυτού μπορούμε να προσανατολιστούμε στο χώρο ανά πάσα στιγμή και να καθορίσουμε τις κατευθύνσεις – βορράς, νότος, ανατολή, δύση.
Τι είναι ο μαγνήτης;
Μαγνήτης είναι κάθε σώμα που δημιουργεί ένα αόρατο μαγνητικό πεδίο γύρω του και ασκεί μαγνητική δύναμη σε άλλα μαγνητισμένα υλικά. Το πεδίο αυτό έλκει ή απωθεί άλλα μαγνητικά υλικά που περιέχουν σίδηρο, νικέλιο και κοβάλτιο. Σε σώματα από πλαστικό, ξύλο, χαρτί, μη σιδηρούχα μέταλλα κ.λπ. ο μαγνήτης δεν ασκεί καμία δύναμη.
Ανάλογα με την προέλευσή τους, οι μαγνήτες διακρίνονται σε
- Μαγνήτης είναι κάθε σώμα που δημιουργεί ένα αόρατο μαγνητικό πεδίο γύρω του και ασκεί μαγνητική δύναμη σε άλλα μαγνητισμένα υλικά. Το πεδίο αυτό έλκει ή απωθεί άλλα μαγνητικά υλικά που περιέχουν σίδηρο, νικέλιο και κοβάλτιο. Σε σώματα από πλαστικό, ξύλο, χαρτί, μη σιδηρούχα μέταλλα κ.λπ. ο μαγνήτης δεν ασκεί καμία δύναμη.
- Ανάλογα με την προέλευσή τους, οι μαγνήτες διακρίνονται σε .
Μόνιμοι μαγνήτες
Η μαγνητική επιρροή επηρεάζει μόνο τα σώματα από σιδηρομαγνητικές ουσίες (σίδηρος, κοβάλτιο, νικέλιο). Εκτός από την έλξη αντικειμένων που περιέχουν σίδηρο, οι μαγνήτες αλληλεπιδρούν με μαγνητικές δυνάμεις μεταξύ τους. Τα υλικά που δημιουργούν το δικό τους μαγνητικό πεδίο χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας και διατηρούν αυτή την ιδιότητα (τη μαγνητιστικότητά τους) για μεγάλο χρονικό διάστημα ονομάζονται μόνιμοι μαγνήτες.
Διακρίνονται από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- Διακρίνονται από τη μόνιμη μαγνητισιμότητα, δηλαδή την ικανότητά τους να διατηρούν τις μαγνητικές τους ιδιότητες για μεγάλο χρονικό διάστημα.
- Έχουν δύο μαγνητικούς πόλους – βόρειο και νότιο.
Πηγή: https://depositphotos.com/vectors/science.html?qview=27298569
Τα άκρα του ραβδόμορφου μαγνήτη ονομάζονται πόλοι και ο χώρος στη μέση ονομάζεται ουδέτερη ζώνη. Γύρω από τους πόλους η μαγνητική δράση είναι ισχυρότερη, ενώ γύρω από την ουδέτερη ζώνη είναι ασθενέστερη. Το άκρο του μαγνήτη που δείχνει προς το βορρά ονομάζεται βόρειος μαγνητικός πόλος, ο οποίος συμβολίζεται με Ν (από την αγγλική λέξη North). Το άλλο άκρο, που δείχνει προς το νότο, ονομάζεται νότιος μαγνητικός πόλος και συμβολίζεται με S (από την αγγλική λέξη South). Συχνότερα απεικονίζονται με κόκκινο και μπλε χρώμα, και μπορεί να έχουν διαφορετικό χρώμα σε διαφορετικές πηγές.
Πηγή: https://depositphotos.com/vectors/science.html?qview=665848976
- Οι αντίθετοι (με διαφορετική ονομασία) μαγνητικοί πόλοι έλκονται και οι όμοιοι (με την ίδια ονομασία) απωθούνται. Ο βόρειος πόλος ενός μαγνήτη έλκεται από το νότιο πόλο ενός άλλου μαγνήτη.
Πηγή: https://www.yaclass.in/Exercise/PdfSolution?c=7e0bcd35-491b-4e7a-aaaa-cbcb25a17fd9&twId=20870&ts=1666693186&sg=un_7x0IkRARJQaQTRacDHCdYkgw1
- Γύρω τους δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο εκδηλώνεται με την άσκηση μαγνητικής δύναμης σε άλλα μαγνητισμένα σώματα. Οι μαγνήτες δεν χρειάζεται να βρίσκονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους για να ασκήσουν δύναμη.
- Οι μαγνητικές δυνάμεις είναι αόρατες στο μάτι, δρουν μεταξύ μαγνητικών υλικών και εξαρτώνται από το σχήμα, το μέγεθος και την απόσταση μεταξύ των μαγνητών. Αυξάνονται όταν μειώνεται η απόσταση μεταξύ των πόλων. Καθώς αυξάνεται η απόσταση από την πηγή του μαγνητικού πεδίου, η επίδραση της μαγνητικής δύναμης μειώνεται έως ότου εξαφανιστεί εντελώς.
Ηλεκτρομαγνήτες
Ο ηλεκτρομαγνήτης αποτελείται από ένα συρμάτινο πηνίο με πυρήνα σιδήρου και δημιουργεί μαγνητικό πεδίο εάν περάσει ηλεκτρικό ρεύμα.
Πηγή: https://anzalweb.ir/wp-content/uploads/2018/02/FPO-electromagnet.jpg
Σε αντίθεση με τους μόνιμους μαγνήτες, των οποίων η μαγνήτιση είναι σταθερή, οι ηλεκτρομαγνήτες μπορούν να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται, καθώς και να αλλάζουν την ένταση του μαγνητικού τους πεδίου. Ανάλογα με τις ανάγκες, οι ηλεκτρομαγνήτες μπορούν να έχουν διαφορετικές ονομαστικές τιμές ισχύος, έχουν την ευελιξία και την ασφάλεια να χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες συσκευές και συστήματα και επιτρέπουν τον εύκολο έλεγχο της ισχύος και της κατεύθυνσης του μαγνητικού τους πεδίου.
Γι’ αυτό χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, στην ιατρική, στις μεταφορές, στα νοικοκυριά.
Παραδείγματα είναι οι ηλεκτρομαγνητικοί γερανοί για την ανύψωση και μετακίνηση βαρέων ογκωδών αντικειμένων στη βιομηχανία, οι διαχωριστές, τα μαγνητικά φρένα, τα ρελέ και οι ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες στην αυτοματοποίηση διαφόρων βιομηχανιών, οι σκληροί δίσκοι και οι μαγνητικές κάρτες στα ηλεκτρονικά, οι ηλεκτροκινητήρες σε διάφορα οχήματα, τα μαγνητικά τρένα υψηλής ταχύτητας που κινούνται χωρίς επαφή με τις ράγες, οι σαρωτές και ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός στην ιατρική, στην επιστημονική έρευνα (επιταχυντές σωματιδίων – κυκλοτρόνια) και πολλά άλλα.
Τρένο υψηλής ταχύτητας. Πηγή: https://depositphotos.com/similar-images/244810236.html?qview=244238934
Μαγνητικό πεδίο της Γης
Πηγή: https://depositphotos.com/vectors/science.html?qview=308205136
Το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι ένα φυσικό μαγνητικό πεδίο που εκτείνεται χιλιάδες χιλιόμετρα στο διάστημα και περιβάλλει τον πλανήτη μας. Το σχήμα του παραμορφώνεται από τον ηλιακό άνεμο (ένα ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων που εκπέμπεται από τον Ήλιο). Το μαγνητικό πεδίο συστέλλεται στην πλευρά που βρίσκεται πιο κοντά στον Ήλιο, ενώ επιμηκύνεται στην πλευρά που βρίσκεται πιο μακριά. Προστατεύει τον πλανήτη από την επιβλαβή ακτινοβολία των ηλιακών σωματιδίων.
Το μαγνητικό πεδίο της Γης μπορεί να θεωρηθεί ως το πεδίο ενός ραβδόμορφου μαγνήτη που διέρχεται από το κέντρο του πλανήτη. Ωστόσο, ο μαγνητικός και ο γεωγραφικός πόλος της Γης δεν συμπίπτουν. Οι μαγνητικοί πόλοι δεν είναι σταθεροί και κινούνται συνεχώς. Οι γραμμές τους σχηματίζουν μια γωνία περίπου 120 με τον άξονα περιστροφής της Γης, αλλά δεν είναι σταθερή και μπορεί να μεταβάλλεται και να έχει διαφορετικές τιμές σε διαφορετικά μέρη.
Δείτε ένα σύντομο βίντεο: Earth’s Magnetic Lines – Science On a Sphere (noaa.gov)
Ο αρνητικός (νότιος) πόλος του μαγνήτη βρίσκεται στην Αρκτική και ονομάζεται Βόρειος Μαγνητικός Πόλος, ενώ ο θετικός (βόρειος) πόλος του βρίσκεται στην Ανταρκτική και ονομάζεται Νότιος Μαγνητικός Πόλος. Οι γραμμές πεδίου του μαγνητικού πεδίου της Γης δείχνουν από το βόρειο προς το νότιο πόλο του μαγνήτη, δηλαδή από το νότιο προς το βόρειο ημισφαίριο.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο προσανατολισμός του μαγνητικού πεδίου της Γης έχει αντιστραφεί περισσότερες από μία φορές κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας της Γης, με τον μαγνητικό βορρά να μετατρέπεται σε μαγνητικό νότο και αντίστροφα. Αυτό ονομάζεται αναστροφή του γήινου μαγνητικού πεδίου ή γεωμαγνητική αναστροφή. Ωστόσο, πρόκειται για ένα φαινόμενο που συμβαίνει μία φορά κάθε μερικές εκατοντάδες χρόνια.
Ενδιαφέροντα φαινόμενα που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση των φορτισμένων σωματιδίων του ηλιακού ανέμου με το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι το σέλας.
Πηγή: https://st5.depositphotos.com/19554348/65394/i/1600/depositphotos_653940658-stock-photo-northern-lights-starry-night-sky.jpg
Καθορισμός κατευθύνσεων, προσανατολισμός
Το μαγνητικό πεδίο της Γης χρησιμοποιείται επίσης για τον προσδιορισμό των οριζόντιων σημείων του κόσμου – βορράς, νότος, ανατολή και δύση. Το κύριο εργαλείο για το σκοπό αυτό είναι η μαγνητική πυξίδα. Αποτελείται από έναν λεπτό δείκτη από μαγνητισμένο σίδηρο ή χάλυβα που περιστρέφεται ελεύθερα γύρω από έναν κατακόρυφο άξονα σε μια αιχμηρή αιχμή. Είναι ευθυγραμμισμένος κατά μήκος των γραμμών πεδίου του μαγνητικού πεδίου της γης. Η βελόνα της πυξίδας είναι πάντα προσανατολισμένη κατά μήκος της γραμμής του γήινου μαγνητικού πεδίου και δείχνει προς τον μαγνητικό βορρά. Στεγάζεται σε μια θήκη με ένα καντράν που χωρίζεται σε μοίρες για να διαβάζεται η κατεύθυνση προς την οποία δείχνει ο μαγνητικός δείκτης. Στις νεότερες πυξίδες υπάρχουν πρόσθετα ορόσημα – γραμμές μέτρησης, καθρέφτης, συσκευή για τον προσδιορισμό του αζιμούθιου. Ορισμένοι παράγοντες, όπως μαγνητικές καταιγίδες ή ανωμαλίες, μπορούν να επηρεάσουν την ακρίβεια της ανάγνωσης της πυξίδας, αλλά αυτό δεν την καθιστά λιγότερο αξιόπιστο όργανο για τον προσδιορισμό των κατευθύνσεων.
Πηγή: https://st2.depositphotos.com/1005574/7343/v/600/depositphotos_73438351-stock-illustration-old-compass.jpg
Σήμερα, η ακριβής θέση της επιφάνειας της Γης προσδιορίζεται πλέον με τη χρήση του δορυφορικού συστήματος GPS και των σύγχρονων smartphones.
