1

2

Magnes przed wiekami Magnes znali już starożytni Rzymianie. Pliniusz, znakomity badacz zjawisk przyrody, żyjący od 23 roku n. e. do roku 79, kiedy to zginął śmiercią tragiczną od wybuchu Wezuwiusza, autor dzieła pt. „Historia naturalis", tak pisze: „Spośród osobliwych kamieni wyróżnia się niewątpliwie magnes. Cóż bowiem nadeń dziwniejszego? Albo w którym tworze przyrody większa nieregularność? Kamień przecież jest zwykle bez czucia, a ten ma czucie i niejako ręce. Żelazo wszystkiemu się opiera, a wobec magnesu ustępuje i zmienia się, albowiem jest przez niego przyciągane, leci doń, a przybliżywszy się, stawa i zwisa przy nim, jak w objęciach". 3 3

„Magnes zowie się od imienia wynalazcy, który go spostrzegł na Idzie „Magnes zowie się od imienia wynalazcy, który go spostrzegł na Idzie. Ale znajduje się jeszcze tu i ówdzie, jak również w Hiszpanii. Powiadają, że niejaki pasterz Magnes, chodząc za stadem, trafił na miejsce, gdzie żelazne gwoździe jego obuwia i ostrze kija przyciągnęły się tak mocno do powierzchni ziemi, że zaledwie z trudem mógł je oderwać". Inne zdanie na temat nazwy owego dziwnego kamienia głosił wielki filozof grecki Arystoteles, żyjący wcześniej od Pliniusza, bo w latach 384—322 przed n. e. Według niego nazwa magnes pochodzi od miasta Magnesia, koło którego znajdowały się złoża minerału posiadającego własność przyciągania żelaza. Poeta rzymski Lukrecjusz, żyjący w latach 96—55 przed n. e., podzielał domniemanie Arystotelesa. Magnes używany był początkowo jako... lekarstwo. 4 4

Magnes przed wiekami Właściwości magnesu znane były już w starożytności. Pierwsze wzmianki o tym, że minerał zwany magnetytem (jego skład chemiczny wyrażamy wzorem Fe3O4) przyciąga żelazo, pochodzą z VI wieku przed naszą erą. Chińczycy już w XI wieku, a żeglarze europejscy od XII, wykorzystywali w nawigacji fakt, że igiełki magnetyczne ustawiają się w kierunku północ-południe. Badaniem magnetyzmu zajmował się William Gilbert (1544-1603), który dokonał istotnych odkryć. Jako pierwszy sformułował przypuszczenie, że sama Ziemia jest wielkim magnesem. Kolejnym przełomem były badania Ørsteda, Faradaya i Maxwella w XIX wieku. Przyczyniły się one do wykrycia związku między elektrycznością a magnetyzmem oraz do stworzenia teorii elektromagnetyzmu, co zapoczątkowało gwałtowny rozwój nowoczesnej nauki i techniki. 5 5

Magnes przed wiekami i dziś Wielu historyków przypuszcza, że specyficzną własność magnesu do wskazywania kierunków wykorzystali po raz pierwszy Chińczycy. Składał się on z talerza wykonanego z brązu i magnetycznej chochelki. Na statkach kompas budowano w taki sposób, że do glinianego garnka nalewano wodę i kładziono na jej powierzchni żelazną blaszkę w kształcie ryby. Do Europy kompas dotarł dzięki kupcom, którzy handlowali na Jedwabnym Szlaku. W Europie kompas użyli jako pierwsi żeglarze z Republiki Amalfi (1272 r.). 6 6

Magnes przed wiekami i dziś W okolicach bieguna północnego geograficznego znajduje się biegun południowy magnetyczny. Natomiast w okolicach południa geograficznego znajduje się północny biegun magnetyczny. Działanie kompasu zawdzięczamy istnieniu pola magnetycznego wokół Ziemi. Igiełka kompasu będąc sama małym magnesem niezawodnie ustawia się w kierunku geograficznego bieguna północnego Ziemi, gdyż jest poddana liniom ziemskiego pola magnetycznego. 7 7

Magnesy Magnes nie oddziałuje na przedmioty wykonane z papieru, plastiku, srebra i złota. Przyciąga przedmioty wykonane z żelaza lub stali, na inne nie ma w zasadzie żadnego wpływu. Najłatwiejsze do zaobserwowania zjawiska związane z oddziaływaniem pola magnetycznego na materię dotyczą ferromagnetyków. Spośród pierwiastków chemicznych, poza żelazem, są to kobalt i nikiel. Gdy przedmioty wykonane z materiałów ferromagnetycznych umieścimy w polu magnetycznym, na przykład zbliżając do nich magnes lub zwojnicę z prądem, to one również stają się magnesami. 8 8

Materiały magnetyczne Materiały charakteryzujące się tzw. "miękkimi" właściwościami magnetycznymi, do "miękkich" zalicza się te, które można łatwo magnesować polami magnetycznymi o bardzo małych natężeniach. Materiały, których właściwości określa się jako "twarde„ to takie, które wymagają silnych pól do ich magnesowania, a po namagnesowaniu same wytwarzają pole magnetyczne (powszechnie znane magnesy trwałe). MAGNES TRWAŁY to ciało stanowiące źródło stałego pola magnetycznego. Właściwości takie wykazują niektóre minerały, jak magnetyt i piryt magnetyczny. Głównie jednak magnes trwały uzyskuje się przez magnesowanie materiałów z grupy ferromagnetyków magnetycznie twardych. 9 9

Fotomagnetyzm To zjawisko, w którym materia wykazuje własne, spontaniczne namagnesowanie. Materiały, które wykazują ferromagnetyzm zwane są ferromagnetykami. Jest bardzo dużo ich krystalicznych przedstawicieli tej grupy materiałów, są to: żelazo, kobalt, nikiel oraz w niższych temperaturach również gadolin, terb, dysproz, holm i erb wśród pierwiastków Wśród bardzo dziś licznych i różnorodnych materiałów magnetycznych można wyróżnić ich dwa główne rodzaje: magnetyki tzw. miękkie oraz twarde, te właśnie, które są używane do budowy magnesów trwałych. Magnesem trwałym jest powszechnie znany "klips", za którego pomocą można "dla pamięci" przytwierdzić kartkę papieru z notatkami do obudowy lodówki. Magnes nie tylko wytwarza silne pole magnetyczne, ale umożliwia utrzymanie go przez dłuższy czas (w praktyce kilkadziesiąt lat, bowiem taka jest przeciętna długość życia urządzeń, w których magnesy są stosowane). 10 10

Bieguny magnesu są razem na zawsze Bieguny wszystkich znanych magnesów występują parami. Nawet tak mały kawałek materii jak pojedynczy atom ma dwa bieguny magnetyczne. Atomy można więc traktować jak małe magnesiki. Nie ma zatem możliwości rozdzielenia dwóch biegunów magnesu poprzez jego przełamanie czy przecięcie w połowie. 11 11

Magnesy trwałe Są ważnymi elementami przyrządów i urządzeń dla telekomunikacji, informatyki (w tym również radia i telewizji), technik pomiarowych i kontrolnych oraz prądnic i silników elektrycznych. Bez nich nie byłoby wielu urządzeń elektroakustycznych (przede wszystkim głośników) i różnego rodzaju czujników, powszechnie stosowanych w wielu gałęziach przemysłu i w życiu codziennym. Magnesy najnowszych generacji znajdują zastosowanie w diagnostyce medycznej (np. w tomografii magnetycznej), są też wykorzystywane do separacji izotopów. Tory jonów ulegają zakrzywieniu w polu magnetycznym. Promień tego zakrzywienia jest zależny od prędkości jonu i stosunku jego ładunku elektrycznego do masy, dzięki czemu możliwe jest wyodrębnianie izotopów danego pierwiastka. W podobny sposób magnesy mogą być wykorzystywane do separacji cząstek magnetycznych z rud metali. O skali i różnorodności zastosowań magnesów może świadczyć wielkość światowej produkcji, która wynosi kilkaset tysięcy ton rocznie. 12 12

Kompas To najbardziej znane zastosowanie magnesu stałego. Kompas to przyrząd nawigacyjny służący do wskazywania kierunku północnego, pozwalający określić nasze położenie względem czterech stron świata. Kompas zbudowany jest z igły magnetycznej i podziałki kątowej, na której naniesione zostały odpowiednimi międzynarodowymi symbolami kierunki świata. Dawni żeglarze myśleli, że gdzieś na północnych morzach istnieje wielka magnetyczna góra. To ona miała przyciągać igłę kompasu i prowadzić statki ku zagładzie. 13 13

Transport złomu żelaznego Namagnesowanie używa się na wysypiskach złomu do podnoszenia mate- riałów żelaznych w celu załadowania ich na cięża- rówkę lub wagon kole- jowy, czy transport w hali. Złom żelazny to cenny, dodatkowy surowiec do produkcji żelaza w hutach. Żelazo wytapia się głównie z tzw. rudy żelaza. 14 14

Ciekawostki Gdyby nie pole magnetyczne, życie na Ziemi nie było by możliwe. Część cząsteczek wiatru słonecznego omija Ziemię, ale część trafia do ziemskiej atmosfery w okolice biegunów i powoduje jonizację oraz świecenie gazów w górnej części atmosfery. Tylko w regionach polarnych niektóre cząstki z wiatru słonecznego powodują zjawisko zorzy polarnej – zjawisko „kurtyn świetlnych” o jasnych i neonowych kolorach występujące na niebie w Arktyce i Antarktydzie. Zorza polarna jest wywołana skupiającymi się liniami pola magnetycznego oddziaływującego na obdarzone dużą energią cząstki wiatru słonecznego, pędzące ku Ziemi z naszej gwiazdy – Słońca. 15 15

Ciekawostki ZA DZIWACZNE SNY ODPOWIADA MAGNETYZM ZIEMI? Zdarza się, że śnią ci się wypadające zęby albo długi lot z mostu w dół? Za najdziwaczniejsze sny odpowiada pole magnetyczne Ziemi, sugeruje psycholog. By to wykazać, naukowiec przeprowadził badania na samym sobie. Najdziwniejsze rzeczy śniły mu się wtedy, gdy aktywność magnetyczna Ziemi była najmniejsza. 16 16

Ciekawostki WRODZONY MAGNETYZM MORSKICH ŻÓŁWI Żółwie morskie orientują się w oceanie dzięki bardziej złożonemu zmy- słowi magnetycznemu niż dotychczas sądzono. Żółw karetta (Caretta Caretta) potrafi przepłynąć tysiące kilometrów i trafić do celu, choć w toni wodnej nie ma wido- cznych znaków orienta- cyjnych. 17 17

Magnetyzm ziemski JEST NIEZBĘDNYM SKŁADNIKIEM LUDZKIEGO ZDROWIA Czynniki zakłócające działanie naturalnego pola magnetycznego Ziemi to: życie w budynkach z betonu i stali, długie przebywanie (choćby z racji wykonywanego zawodu) samochodzie, pociągu, samolocie, windzie, itd. Elektrosmog - przebywanie w pobliży urządzeń emitujących różnego rodzaju zmienne pole magnetyczne: monitory komputerów, odbiorniki radiowe i telewizyjne, telefony komórkowe, itd. Im bardziej otacza nas nowoczesna technologia, tym bardziej obniża się naturalne pole magnetyczne. 18 18

Syndrom braku pola magnetycznego jest jedną z chorób cywilizacji. 4 grudnia 1097 r. The Japan Medical Journal opublikował fragment pracy badawczej doktora medycyny i dyrektora kliniki Isuzu w Tokio Pana Kyoichi Nakagawy pt. „Syndrom braku pola magnetycznego i leczenie magnetyczne.” Dr K. Nakagawa zastosował magnetoterapię u 11648 pacjentów. Osoby poddane tej terapii cierpiały wcześniej na różne schorzenia: ogólne zmęczenie stres bezsenność bóle głowy bóle pleców i kręgosłupa zaburzenia w trawieniu kłopoty z krążeniem krwi zmiany ciśnienia krwi 19 19

Zadanie domowe Sprawdź w domu, czy jakiś metalowy przedmiot, który stoi długi czas w tym samym miejscu w polu magnetycznym ziemskim, stał się magnesem? Do tego potrzebny będzie kompas, który z bliska wykryje pole magnetyczne takiego przedmiotu. 20

21

22