Neoddeliteľnosť pólov magnetu - videodemonštrácie
Fyzikálne video-experimenty
Hlavná ponuka:
- Zobrazenie magnetického poľa 2D
- Zobrazenie magnetického poľa 3D
- Magnetická kvapalina
- Magnetické vlastnosti látok
- Neoddeliteľnosť pólov magnetu
- Magnetické pole v okolí vodiča s prúdom
- Silové pôsobenie MP na vodič s prúdom
- Ohmov zákon
- Sériové a paralelné zapojenie rezistorov
- Vybíjanie kondenzátora
- Závislosť odporu vodiča od teploty
- Faradayov zákon
- Lenzov zákon
- Elektromagnetická rezonancia
- Elektromagnetické vlnenie - postupná vlna
- Elektromagnetické vlnenie - stojatá vlna
- Elektromagnetické pole v okolí antény
- Polarizácia EM vlnenia
Neoddeliteľnosť pólov magnetu
Motivácia
Je
možné rozdeliť magnet na dve časti, z ktorých jedna bude mať iba severný
a druhá iba južný magnetický pól?
Experiment
Video 1. experimentu 
Video 2. experimentu
Použité pomôcky
- magnet
- 4 strelky
Vysvetlenie
Magnetické pole vzniká v okolí pohybujúcich sa nábojov. Zdrojom magnetického poľa, ktoré pozorujeme v okolí permanentných magnetov, sú tiež pohybujúce sa náboje – elektróny v elektrónovom obale atómov materiálu, z ktorého je magnet vyrobený. O tom, že sú v pohybe svedčí ich nenulový orbitálny moment hybnosti a majú aj nenulový vlastný moment hybnosti (spin). V rámci klasickej fyziky by sme tento pohyb mohli modelovať ako prúdovú slučku, ktorá vo svojom okolí vytvára magnetické pole, podobne ako cievka tvaru kružnice, keď ňou preteká elektrický prúd (Obr. 1).
Obr. 1 Obr. 2 Obr. 3
Kombináciou magnetických polí všetkých elektrónov v atóme vzniká výsledné magnetické pole od jedného atómu. Hovoríme, že atóm má výsledný magnetický moment, na ktorý vonkajšie magnetické pole pôsobí tak, ako pôsobí na prúdovú slučku. Magnetický moment sa vo vonkajšom magnetickom poli natočí tak, že indukcia magnetického poľa v strede slučky má rovnaký smer ako indukcia vonkajšieho magnetického poľa.
Permanentný magnet je vyrobený z materiálu, ktorého atómy majú nenulový magnetický moment a vďaka interakcii medzi susednými atómami sú tieto magnetické momenty trvalo usporiadané do jedného smeru.
Magnetické pole, ako bolo spomenuté vyššie, charakterizujeme vektorovou veličinou, ktorá sa nazýva magnetická indukcia. Graficky magnetické pole reprezentujú indukčné čiary – uzavreté orientované krivky. Dotyčnica k indukčnej čiare určuje smer magnetickej indukcie a hustota indukčných čiar určuje veľkosť magnetickej indukcie. Každý magnet má dva póly – miesto odkiaľ indukčné čiary vychádzajú a miesto, kde indukčné čiary vchádzajú. Voľne podopretý magnet, sa v dostatočnom časovom intervale, vždy natočí v smere sever – juh, t. j. do smeru zemského magnetického poľa. Koniec magnetu, ktorý smeruje na sever, sa označuje ako severný pól magnetu (N – z angl. North) a druhý koniec smerujúci na juh ako južný pól magnetu (S – z angl. South). Indukčné čiary možno zobraziť pomocou železných pilín (malých pozdĺžnych úlomkov), ktoré sa v magnetickom poli natočia do smeru magnetického poľa a usporiadajú tak, že vytvoria obrazec indukčných čiar.
1. experiment
Na videozázname druhého experimentu je vidieť, ako sa strelky kompasu stáčajú do smeru magnetického poľa permanentného magnetu. N-pól strelky sa natáča k S-pólu magnetu a S-pól strelky sa natáča k N-pólu magnetu, pretože v týchto polohách má indukcia magnetického poľa strelky rovnaký smer a orientáciu ako magnetické pole magnetu, strelka je v stabilnej polohe (má minimálnu potenciálnu energiu). Ľubovoľným delením magnetu dostávame vždy magnety, ktoré majú severný a južný pól a vytvárajú kvalitatívne rovnaké magnetické polia, pretože magnetky nemenia svoju polohu. Póly magnetu teda nemožno od seba oddeliť.
2. experiment
Na videozázname experimentu je vidieť, že rozdelením magnetu so severným a južným pólom vznikli dva magnety, každý so severným a južným pólom. Ak si uvedomíme, že magnetické pole takéhoto magnetu možno modelovať napr. magnetickým poľom sústavy cievok (Obr. 3), je tento výsledok pochopiteľný. Rozdelením sústavy cievok na dve polovice, vzniknú dve sústavy 2 cievok, ktoré (ak nimi bude prechádzať elektrický prúd) budú vytvárať kvalitatívne také isté magnetické polia ako jedna sústava cievok. Ďalším delením sa dostaneme k jednému závitu, ktorý vytvára magnetické pole ako tyčový magnet nekonečne malej výšky, ktorý má severný a južný pól. Na magnete neexistuje miesto, kde by sa nachádzali len južné alebo len severné póly.
