Magnetnähtuste korral kannab vastastikmõju edasi magnetväli, mida inimene oma meeltega ei taju. Küll aga näeme seda, mis magnetvälja tõttu toimub: rauast keha tõmbub magneti külge.
Magnetvälja tekkimine
Magnetväli võib tekkida kahel põhjusel. Ühel juhul on tegemist ainetega, mis koosnevad väikestest piirkondadest ehk domeenidest[mõiste: domeen – keha osa, millel on püsimagneti omadused], millel on püsimagneti omadused. Domeeni magnetväli on tingitud selle aatomites olevate elektronide omamagnetväljadest. Nimelt on elektronil nagu ka mõnel teisel elementaarosakesel[sõnaseletus: elementaarosake – aineosake, mida ei saa jagada veel väiksemateks osakesteks; näiteks elektron, prooton, neutron] oma magnetväli[joonealune: magnetjõu vahendaja]. Seda seostatakse osakese pöörlemisega.
Teisel juhul tekitab magnetvälja elektrivool. Sellest rääkisime juba elektrivoolu toimete juures, kus ilmnes, et vooluga juhtme ümber on alati magnetväli. Seda kinnitas ka katse: vooluga juhtme lähedusse paigutatud magnetnõel võttis teise asendi, kui vool sisse lülitati. On kindlaks tehtud, et iga elektrilaenguga ja liikuva osakese või keha ümber on magnetväli.
- Keha, milles on domeenid
- Liikuv laeng
- Vooluga juhe
- Paigalseisev laeng
- Laetud keha
- Rauast keha
Mõtle!
- Selline juhe, milles voolu suund kiiresti muutub, ei avalda oma läheduses olevale magnetnõelale mõju. Miks?
- Millised väljad (magnetväli ja elektriväli) mõjutavad liikuvat laengut ja millised paigalseisvat laengut?
Lisalugemine. Ferromagneetik
Domeenidest koosnevaid aineid, st selliseid aineid, mille omadused on samamoodi magnetilised nagu raualgi, nimetatakse ferromagneetikuteks[mõiste: ferromagneetik – domeenidest koosnev aine, millel on magnetilised omadused]. Need on näiteks teras, nikkel, koobalt ja mitmesugused sulamid, näiteks neodüümi, raua ja boori sulam, millest valmistatakse ülitugevaid püsimagneteid ehk neodüümmagneteid.
Domeenide mõõtmed on 0,001‒0,01 mm. Ühes domeenis paiknevad kõik aatomid korrapäraselt, mistõttu on aatomis paiknevate elektronide magnetväljad ühesuunalised ja seega tugevdavad üksteist. Eri domeenide magnetväljad on tavaliselt suunatud üksteise suhtes juhuslikult ja sellepärast on summaarne magnetväli võrdne nulliga. Kui aga ferromagneetik paigutada välisesse magnetvälja, pöörduvad domeenide magnetväljad välise magnetvälja suunas. Nii hakkavad domeenide magnetväljad üksteist tugevdama ja tekib püsimagnet. Selline domeenide asetus võib püsida väga kaua, kuni mitmeid aastaid. Ferromagneetik võib oma püsimagneti omadused kaotada, kui seda mitmesaja kraadini kuumutada. Põhjuseks on tugev soojusliikumine, mis domeenide asetuse segamini ajab.
Mõtle!
- Miks tõmbab püsimagnet enda poole magneetumata ferromagneetikuid, aga teisi aineid mitte?
- Miks võib ferromagneetik oma magnetomadused kaotada, kui see maha kukub või seda tugevasti millegi vastu koputada?
Magnetvälja mõju vooluga juhtmele
Me teame, et kaks magnetit mõjutavad teineteist alati mingi jõuga. Sellest võiks järeldada, et ka püsimagnet ja vooluga juhe mõjutavad teineteist. Selle kontrollimiseks teeme katse. Asetame horisontaalselt rippuva juhtme hoburaudmagneti haarade vahele. Kui lülitame juhtmes sisse voolu, hakkab juhe liikuma. See liigub kas magneti harude vahelt välja või sisse. Nihke suund oleneb voolu suunast. Järelikult mõjub magnetväljas olevale juhtmele alati mingi jõud, mis on risti voolu suunaga. Juhet mõjutab magnetväljas liikuvatele elektronidele mõjuv jõud, mis on seda suurem, mida suurem on elektronide suunatud liikumise kiirus ehk voolutugevus. Mõnikord järeldatakse sellest katsest, et püsimagneti magnetväli mõjutab vooluga juhtme magnetvälja ja selle kaudu ka juhet. See pole aga õige, sest üks väli ei mõjuta teist välja.
- Vaskjuhe, milles ei ole elektrivoolu
- Vaskjuhe, milles on elektrivool
- Rauast keha
- Klaasist keha
- Teine püsimagnet
- Liikuv elektrilaeng
- Paigalseisev elektrilaeng
Mõtle!
- Milline jõud mõjub katses kirjeldatud vooluga juhtmele siis, kui juhet keerata 90° võrra, nii et vool oleks suunatud püsimagneti harude vahele (suunas, kuhu enne mõjus jõud F)?
- Kuidas kontrollida väidet, et magnetväli ei mõjuta paigalseisvaid laenguid?
Magnetjõud
Magnetväljas olevale ferromagneetikule[joonealune: domeenidest koosnev aine, millel on magnetomadused] või vooluga juhtmele mõjuvat jõudu nimetatakse magnetjõuks[mõiste: magnetjõud – magnetväljas olevale ferromagneetikust, näiteks rauast kehale või teisele magnetile mõjuv jõud]. Näiteks mõjub magnetväljas oleva magnetnõela ühele poolusele tõmbejõud ja teisele tõukejõud. Jõudude koosmõjul pöördub nõel nii, et magnetjõud on suunatud piki nõela telge ja nõel enam ei pöördu. Kokkuleppeliselt on magnetjõud suunatud magnetväljas paigale jäänud magnetnõela lõunapooluselt põhjapoolusele. Väljaspool magnetnõela on jõud seega suunatud magneti põhjapooluselt lõunapoolusele.
Kasutades magnetjõu mõju magnetnõelale, saame kindlaks teha, millise kujuga on vooluga juhtme ümber olev magnetväli. Teeme selleks katse. Ümbritseme vertikaalse elektrijuhtme horisontaalse alusega, millele on (juhtmest ühesugusele kaugusele) asetatud mitu magnetnõela või kompassi. Kui juhtmes voolu ei ole, paiknevad kõik magnetnõelad põhja-lõuna suunas. Kui vool sisse lülitada, siis magnetnõelad pöörduvad ja paigutuvad ringjoone puutujate[joonealune: sirgjoon, millel on ringjoonega ainult üks ühine puutepunkt ja mis on risti puutepunkti tõmmatud raadiusega] suunas. Et see selgemini näha oleks, tuleks enne katset joonistada alusele ringjoon ja asetada magnetnõelad alusele nii, et nõelte teljed on ringjoone kohal. Katsest saab järeldada, et sirgvoolu ümber olev magnetväli on ringikujuline.
Mõtle!
- Mille poolest magnet- ja elektrijõud sarnanevad ja mille poolest need erinevad?
Magnetjõud mõjub magnetväljas olevale
- ferromagneetikule.
- rauast kehale.
- elektrilaenguga kehale.
- vooluga juhtmele.
Magnetjõud on kokkuleppeliselt suunatud magnetväljas paigale jäänud magnetnõela
- idapooluselt läänepoolusele.
- läänepooluselt idapoolusele.
- põhjapooluselt lõunapoolusele.
- lõunapooluselt põhjapoolusele.
Sirgvoolu ümber olev magnetväli on
- sirgjooneline.
- ringikujuline.
- kandiline.
- laineline.
Lisalugemine. Magnetvälja jõujooned
Kui muudame eelmises katses kasutatud magnetnõelte kaugust juhtmest, paigutuvad nõelad ikka ringjoone puutujate suunas. Neid ringjooni nimetatakse magnetvälja jõujoonteks[mõiste: magnetvälja jõujooned – kujuteldavad jooned magneti ümburses, mille paigutus iseloomustab magnetvälja paiknemist ja tugevust]. Need on mõttelised jooned, mis näitavad magnetvälja suunda mingis ruumipunktis.
Mida tähendab mõtteline joon? See tähendab, et tegelikult seda joont olemas ei ole, kuid me kasutame seda, et midagi paremini ette kujutada. Näiteks ka Maa ekvaator ja meridiaanid on mõttelised jooned.
Jätan meelde
- Magnetvälja tekitavad kas üksteisega paralleelsete domeenide magnetväljad või elektrivool.
- Domeen on ferromagneetiku kristalliline koostisosa, millel on püsimagneti omadused.
- Ferromagneetik on aine, mis koosneb domeenidest.
- Magnetjõud on ferromagneetikule või vooluga juhtmele magnetväljas mõjuv jõud.
- Sirgvoolu ümber olev magnetväli on ringikujuline.
