Magnetism
On püsimagnetid ja elektromagnetid. Esmapilgul on kõik väga lihtne. Püsimagnetid on lihtsalt magnetiliste omadustega materjalid (raua sulamid, üldnimega ferromagneetikud, sõnast ferrum - raud), aga elektromagnetid põhinevad sellele, et elektrivoolu ümber on magnetväli. Süvenemisel magnetismi olemusse aga tekivad probleemid. Näiteks Maa magnetvälja puhul. Maa on üks suur magnet. Kas ta on aga püsimagnet või elektromagnet, see oleneb hüpoteesist, milline on Maa magnetvälja päritolu. Kui Maa magnetväli on magma liikumise tagajärg, siis Maa on suur elektromagnet. Kui aga Maa magnetvälja põhjustab tahke tuum, siis on Maa suur püsimagnet. Maa siseehitust on seni määratud kaudsete meetoditega, näiteks seismiliste lainete (maavärinate, mitmesuguste suurte plahvatuste, nagu aatomipommikatsetuste tekitatud lainete) levimise ja muundumise põhjal. Need lained levivad pinnalainetena maakoores, aga ka Maad läbivate lainetena ning registreeritakse paljude seismoloogiajaamade võrgus kogu maakeral. Otseselt on inimene suutnud puurida Maa sisse ainult tühise paarikümne kilomeetri sügavusele (umbes pool maakoore ca 40 km paksusest) ning hoopis tühise osa Maa ca 6400 km raadiusest. See on küll füüsika lõpuosa - astrofüüsika - teema, aga märgime siinjuures, et me teame kaugete tähtede siseehitust palju paremini, kui oma jalgealuse Maa siseehitust.
Kui lugeda Maad püsimagnetiks, mille magnetvälja on põhjustanud tahke tuum ning teades kaudselt, et Maa tuumas on kõrge temperatuur, siis ei ole arusaadav, kuidas kõrges temperatuuris säiluvad magnetilised omadused, sest nn. Curie temperatuuril magnetmaterjalide magnetilised omadused kaovad. Samuti ei ole arusaadav Maa magnetpooluste väga aeglane triiv, isegi pooluste vahetumiseni. Pooluste vahetumise aeglane triiv ei ole luul (võiks ju arvata, et kes seda pika ajaloo jooksul mõõta on suutnud). Füüsika ja geoloogia on aga kindlaks teinud järgmise imepärase looduse saladuse. Kui vulkaan purskab ja laava voolab mööda mäekülge alla ning kivistub, siis salvestub selles kivistuvas laavas Maa selle hetke magnetväli. Geoloogid määravad üle maakera toimunud vulkaanipursete ajad ja füüsikud mõõdavad nende laavade magnetväljad ning on hästi teada Maa magnetvälja ajalooline areng. Seega oleme Maa magnetvälja näitel tutvunud magnetismi olemuse mõistmise keerukusega. Sellest ei tohi aga järeldada, et ei ole lootust selgusele jõuda. Näiteks ei tea me gravitatsiooni olemust, aga juba sajandeid teame Newtoni avastatud väga täpset gravitatsiooniseadust. Nii oskame ka magnetismi puhul palju asju määrata kvantitatiivselt väga täpselt.
Tutvume lühiülevaates magnetismi mõne "kindlama" tahuga. Esimesel fotol näeme koolikursusest tuttavaid magneteid, mille juures on kaasaegsema kujuga keramagnetid.
On püsimagnetid ja elektromagnetid. Esmapilgul on kõik väga lihtne. Püsimagnetid on lihtsalt magnetiliste omadustega materjalid (raua sulamid, üldnimega ferromagneetikud, sõnast ferrum - raud), aga elektromagnetid põhinevad sellele, et elektrivoolu ümber on magnetväli. Süvenemisel magnetismi olemusse aga tekivad probleemid. Näiteks Maa magnetvälja puhul. Maa on üks suur magnet. Kas ta on aga püsimagnet või elektromagnet, see oleneb hüpoteesist, milline on Maa magnetvälja päritolu. Kui Maa magnetväli on magma liikumise tagajärg, siis Maa on suur elektromagnet. Kui aga Maa magnetvälja põhjustab tahke tuum, siis on Maa suur püsimagnet. Maa siseehitust on seni määratud kaudsete meetoditega, näiteks seismiliste lainete (maavärinate, mitmesuguste suurte plahvatuste, nagu aatomipommikatsetuste tekitatud lainete) levimise ja muundumise põhjal. Need lained levivad pinnalainetena maakoores, aga ka Maad läbivate lainetena ning registreeritakse paljude seismoloogiajaamade võrgus kogu maakeral. Otseselt on inimene suutnud puurida Maa sisse ainult tühise paarikümne kilomeetri sügavusele (umbes pool maakoore ca 40 km paksusest) ning hoopis tühise osa Maa ca 6400 km raadiusest. See on küll füüsika lõpuosa - astrofüüsika - teema, aga märgime siinjuures, et me teame kaugete tähtede siseehitust palju paremini, kui oma jalgealuse Maa siseehitust.
Kui lugeda Maad püsimagnetiks, mille magnetvälja on põhjustanud tahke tuum ning teades kaudselt, et Maa tuumas on kõrge temperatuur, siis ei ole arusaadav, kuidas kõrges temperatuuris säiluvad magnetilised omadused, sest nn. Curie temperatuuril magnetmaterjalide magnetilised omadused kaovad. Samuti ei ole arusaadav Maa magnetpooluste väga aeglane triiv, isegi pooluste vahetumiseni. Pooluste vahetumise aeglane triiv ei ole luul (võiks ju arvata, et kes seda pika ajaloo jooksul mõõta on suutnud). Füüsika ja geoloogia on aga kindlaks teinud järgmise imepärase looduse saladuse. Kui vulkaan purskab ja laava voolab mööda mäekülge alla ning kivistub, siis salvestub selles kivistuvas laavas Maa selle hetke magnetväli. Geoloogid määravad üle maakera toimunud vulkaanipursete ajad ja füüsikud mõõdavad nende laavade magnetväljad ning on hästi teada Maa magnetvälja ajalooline areng. Seega oleme Maa magnetvälja näitel tutvunud magnetismi olemuse mõistmise keerukusega. Sellest ei tohi aga järeldada, et ei ole lootust selgusele jõuda. Näiteks ei tea me gravitatsiooni olemust, aga juba sajandeid teame Newtoni avastatud väga täpset gravitatsiooniseadust. Nii oskame ka magnetismi puhul palju asju määrata kvantitatiivselt väga täpselt.
Tutvume lühiülevaates magnetismi mõne "kindlama" tahuga. Esimesel fotol näeme koolikursusest tuttavaid magneteid, mille juures on kaasaegsema kujuga keramagnetid.
Teisel fotol on näha neid keramagneteid üksteise külge riputatuna. Internetist võib leida suurel hulgal erisuguseid magneteid. Klassikalised koolimagnetid on sirgmagnetid ja U-kujulised magnetid (nimetati vanasti ka hoburauakujulisteks magnetiteks, mida nad muidugi väga ei ole).
Lihtsal juuresoleval joonisel on kujutatud nende püsimagnetite magnetväljade jõujooni. Välju (gravitatsiooni-, elektri- ja magnetvälju) me ei näe ja seetõttu tehakse nad graafiliselt nähtavaks jõujoonte abil. Erinevalt elektrivälja jõujoontest, mis väljuvad pluss-laengust ja suunduvad lõpmatusse või miinus-laengusse, on magnetvälja jõujooned kinnised kõverad, mis kokkuleppeliselt väljuvad põhjapoolusest ehk N-poolusest, lähevad (pideva joonena) väljaspool magnetit lõunapoolusesse ehk S-poolusesse ning jätkuvad magneti sees (punktiirjoonena) põhjapooluseni. Magnetvälja jõujoonte kui kinniste kõverate kaudu põhjendatakse ka seda, et sirgmagneti, aga ka mõne muu kujuga magneti poolitamisel ei saa me eraldi kahte magnetpoolust, vaid kaks uut magnetit jälle kahe poolusega. Sisuline põhjendus on kaasaegses füüsikas seotud sellega, et elektronide tiirlemine aatomis kujutab endast üliväikesi ringvoole oma magnetväljadega, mis on magnetilistes materjalides kõik orienteerunud paralleelselt ning liitunud suureks magnetväljaks. Kui magnet poolitada, siis ongi kõik sama kummaski magnetis jälle kahe poolusega. Lisame siia, et ka elektronide "pöörlemine" ehk spinn annab magnetismi oma panuse, aga see on juba teoreetilise füüsika teema.