Magnesy trwałe

Wstęp — magnes, który zna każdy

Na pewno masz w domu magnesy. Trzymają rysunki i liściki na drzwiach lodówki, są w zabawkach, w zapięciu piórnika albo w torebce. Kiedy zbliżysz dwa magnesy do siebie, czasem „skaczą" ku sobie i sklejają się, a czasem — dziwnie — jeden ucieka przed drugim, jakby się bał.

Skąd ta różnica? Dlaczego magnes przyciąga spinacz, ale nie przyciąga gumki do ścierania? W tej lekcji rozwikłamy te zagadki.

W tej lekcji dowiesz się:

• co to są bieguny magnesu i dlaczego zawsze są dwa,
• kiedy magnesy się przyciągają, a kiedy odpychają,
• co się stanie, gdy przełamiesz magnes na pół,
• które przedmioty magnes przyciąga, a których w ogóle nie „zauważa".

Co to jest magnes?

Magnes to przedmiot, który przyciąga niektóre metale — przede wszystkim żelazo. Magnesy, którymi zajmujemy się w tej lekcji, nazywamy magnesami trwałymi, bo zachowują swoje właściwości cały czas, bez podłączania do prądu.

Magnesy mają różne kształty: sztabki, podkowy, krążki, kule. Ale każdy z nich ma dwa szczególne miejsca, w których działa najsilniej.

Bieguny magnesu

Te dwa szczególne miejsca nazywamy biegunami. Każdy magnes ma:

• biegun północny — oznaczany literą N (od angielskiego north), często malowany na czerwono,
• biegun południowy — oznaczany literą S (od south), często malowany na niebiesko.

Rys. 1. Każdy magnes ma dwa bieguny: północny (N) i południowy (S).

Zapamiętaj: Bieguny to miejsca, w których magnes działa najsilniej. W środku sztabki przyciąganie jest znacznie słabsze.

Skąd wzięły się nazwy „północny" i „południowy"? O tym opowiemy w kolejnej lekcji — okaże się, że sama Ziemia zachowuje się jak wielki magnes.

Przyciąganie i odpychanie

Najciekawsze dzieje się, gdy zbliżysz dwa magnesy do siebie. Wynik zależy od tego, którymi biegunami są do siebie zwrócone. Obowiązuje prosta zasada:

Zasada oddziaływania magnesów: Bieguny różnoimienne (N i S) się przyciągają, a bieguny jednoimienne (N i N lub S i S) się odpychają.

Rys. 2. Różne bieguny przyciągają się, takie same odpychają.

Ta reguła bardzo przypomina zasadę znaną z elektryczności: tam ładunki różnoimienne (plus i minus) też się przyciągają, a jednoimienne odpychają. Fizyka lubi się powtarzać!

Wypróbuj to sam — kliknij przycisk, żeby obrócić prawy magnes, i obserwuj, czy magnesy „chcą" się połączyć, czy uciekają od siebie:

Czy można mieć sam biegun N?

Skoro magnes ma dwa bieguny, to może wystarczy przeciąć go na pół, żeby mieć osobno biegun N i osobno S?

Spróbujmy. Bierzemy magnes sztabkowy i przełamujemy go na środku. Co się dzieje? Zamiast dwóch osobnych biegunów dostajemy dwa nowe, mniejsze magnesy — i każdy z nich znowu ma własny biegun N i własny biegun S!

Rys. 3. Po przełamaniu magnesu powstają dwa nowe magnesy — biegunów nie da się rozdzielić.

Możesz łamać magnes na coraz mniejsze kawałki — za każdym razem otrzymasz kompletny magnesik z dwoma biegunami. Pojedynczego bieguna nie da się otrzymać w żaden sposób.

Ciekawostka: Właśnie dlatego mówimy, że bieguny magnetyczne zawsze występują parami. To jedna z ważnych różnic między magnetyzmem a elektrycznością, gdzie ładunek plus i minus da się rozdzielić.

Co magnes przyciąga, a czego nie?

Zrób prosty eksperyment: zbliż magnes po kolei do różnych przedmiotów w domu. Szybko zauważysz, że magnes jest wybredny.

Magnes przyciąga przedmioty z żelaza oraz z metali do niego podobnych — niklu i kobaltu. Takie materiały nazywamy materiałami magnetycznymi (albo ferromagnetykami). Należy do nich też stal, bo powstaje głównie z żelaza — dlatego magnes trzyma się spinacza, gwoździa czy śruby.

Magnes nie przyciąga natomiast drewna, plastiku, szkła, papieru, a także — co często zaskakuje — aluminium i miedzi. To materiały niemagnetyczne.

Rys. 4. Magnes przyciąga tylko materiały magnetyczne: żelazo, nikiel i kobalt.

To dlatego magnes trzyma się drzwi lodówki (blacha stalowa), ale nie przyklei się do plastikowej miski czy szklanki.

Przykłady z życia

Magnesy są wokół nas znacznie częściej, niż myślisz:

• magnesy na lodówkę — trzymają się stalowych drzwi,
• zapięcia w torebkach, etui na telefon i piórnikach,
• głośniki w słuchawkach i telefonie — mają w środku małe, mocne magnesy,
• przykręcane uchwyty na noże w kuchni,
• zabawki magnetyczne i klocki, które można łączyć,
• wkrętak z namagnesowanym grotem — przytrzymuje śrubkę, żeby nie spadła.

Zadanie krok po kroku

Do bieguna N jednego magnesu zbliżamy biegun S drugiego magnesu. Czy magnesy się przyciągną, czy odepchną? A gdybyśmy drugi magnes obrócili?

Krok 1. Sprawdzamy, jakie bieguny są zwrócone do siebie: N i S. To bieguny różnoimienne (różne).

Krok 2. Z zasady oddziaływania magnesów: bieguny różnoimienne się przyciągają. Magnesy skoczą ku sobie.

Krok 3. Obracamy drugi magnes. Teraz do bieguna N pierwszego magnesu zwrócony jest biegun N drugiego. To bieguny jednoimienne (takie same).

Krok 4. Bieguny jednoimienne się odpychają — poczujemy, że magnesy „nie chcą" się połączyć.

Odpowiedź: W pierwszym ustawieniu (N–S) magnesy się przyciągają, a po obróceniu (N–N) — odpychają.

Typowe błędy — uważaj!

1. „Magnes przyciąga wszystkie metale." Nie! Magnes przyciąga głównie żelazo, nikiel i kobalt (oraz stal). Aluminium i miedź to też metale, ale magnes ich nie przyciąga.
2. „Można mieć magnes z jednym biegunem." Nie — każdy magnes ma zawsze dwa bieguny. Po przełamaniu powstają dwa nowe magnesy, każdy z parą biegunów.
3. „Magnesy zawsze się przyciągają." To zależy od ustawienia biegunów. Różne bieguny się przyciągają, takie same się odpychają.
4. „Magnes działa tak samo silnie na całej długości." Najsilniej przyciąga na biegunach (na końcach), a najsłabiej pośrodku.

Podsumowanie

• Magnes trwały przyciąga żelazo i zachowuje swoje właściwości bez prądu.
• Każdy magnes ma dwa bieguny: północny (N) i południowy (S); działa najsilniej na biegunach.
• Bieguny różnoimienne (N–S) się przyciągają, bieguny jednoimienne (N–N, S–S) się odpychają.
• Po przełamaniu magnesu powstają dwa nowe magnesy — pojedynczego bieguna nie da się otrzymać.
• Magnes przyciąga tylko materiały magnetyczne: żelazo, nikiel, kobalt i stal; nie przyciąga drewna, plastiku, szkła, aluminium ani miedzi.

Sprawdź swoją wiedzę

Rozwiąż quiz i przekonaj się, ile zapamiętałeś — zadania z biegunów magnesu, zasady przyciągania i odpychania oraz materiałów magnetycznych: Magnesy trwałe — sprawdź się.

Dalsza lektura

• Pole magnetyczne — jak magnes działa na odległość i dlaczego kompas wskazuje północ?
• Zjawisko elektromagnetyzmu — jak z prądu zrobić magnes?