Въведение в магнетизъм

Вече сме учили за гравитацията. Учили сме малко и за електростатиката. Сега е време да поговорим за още една основна сила във вселената. И тази сила вероятно е втората ни най-позната след гравитацията Това е магнетизмът. Откъде идва думата ‘магнетизъм’? Мисля, че няколко цивилизации – не че съм историк – са открили магнити, предмети, които привличат други такива предмети, или други магнити. Видели са, че тези предмети привличат дори метални предмети, като например железни предмети. Наричат се магнити Или поне такова е Западното им наименование. Наименованието ‘магнити’ идва от това, че такива камъни били намерени в близост до гръцката провинция Магнезия. Мисля, че и хората, които са живеели там, са се наричали ‘магнити’ Както и да е, за това можеш да научиш повече от Уикипедия. Нека наблегнем на това какво е магнетизмът. Мисля, че повечето от нас имат поне работни познания за него – всички сме си играли с магнити и сме се занимавали с компаси. Но, сега ще ти кажа, че темата всъщност е много дълбока. Всички можем математически да разберем магнетизма и да работим с него и да видим каква е връзката му с електричеството. Ще покажем, че електростатичната сила и магнетичната сила са едно и също нещо, просто погледнато от различни перспективи. Разбирам, че всичко това вероятно звучи доста сложно. Но в класическия ни Нютонов свят ги разглеждаме като две различни сили. Искам да кажа, че макар да сме свикнали с магнитите както и с гравитацията, точно както гравитацията е всъщност много мистериозна, когато се замислим, такъв е и магнетизмът. След като изяснихме това, нека опитаме да достигнем малко работни познания за това как се работи с магнетизма. Така, всички познаваме магнита. Не искам да е жълт. Може да направим контурите му жълти. Не, и така не ми харесва. Така, ако това е магнит, знаем, че един магнит винаги има два полюса – северен и южен полюс. Просто е прието да се означават така. Защото, когато хората открили магнитите за пръв път, или са намагнетизирали игла с помощта на магнит, и после са сложили тази игла върху коркова тапа над леген с вода, са видели, че иглата сочи към северния полюс на Земята. Казали са си: "О, нека наречем страната на иглата, която сочи на север, "северен полюс". И да наречем частта на иглата, която сочи към географския юг, южен полюс. Или, да кажем това по друг начин, като вземем един магнит, посоката, или страната на магнита, която се насочва (ако я оставим да се насочи свободно) без триене в посока север, ще наричаме северен полюс на магнита. А другата страна е южният полюс. Разбира се, ние наричаме и върха на земното кълбо "северен полюс". Знаеш, това е северният полюс, а това е южният полюс. Съществува и друго схващане за магнитния север. Можем да кажем, че насам ще сочи и северната точка на компас. Всъщност, магнитното поле се движи заради движещата се течност вътре в земята. А и заради много други взаимодействия. Това са сложни взаимодействия. Но, всъщност, магнитният север се намира приблизително в северната част на Канада. Така че магнитният север би трябвало да е тук. Това е магнитният север. А за магнитния юг не мога да кажа точно къде се намира. Но може да се придвижва по-малко. Не е на едно и също място. Така че се разминава малко с оста на географския северен и южен полюс. Това също е малко объркващо. Магнитният север се намира на земното кълбо там, накъдето сочи северният полюс на магнит. Но това всъщност би бил южният полюс, ако си представим, че Замята е магнит. Ако замята беше огромен магнит, всъщност щяхме да виждаме това като южния полюс на магнит. И географският южен полюс е северният полюс на магнита. Можеш да прочетеш повече за това в Уикипедия, знам, че е малко объркващо. Но, в общи линии, когато повечето хора говорят за магнитния север или за северния полюс, те всъщност говорят за северната географска област. А южният полюс е южната географска област. Причината да покажа тази разлика е, че когато работим с магнити, точно както с електричество или електростатика (но скоро ще ти покажа една важна разлика), противоположните полюси се привличат. Така че, ако тази страна на магнита ми се привлича от северния полюс на земното кълбо, тогава северният полюс на земното кълбо (или магнитният север на замята) всъщност трябва да бъде южният полюс на този магнит. Обратното също е вярно. Южният полюс на магнита ми ще бъде привлечен от магнитния юг на земята. Който всъщност е северният полюс на магнита, който наричаме Земя. Но ние ще забравим Земята засега, защото това прави нещата малко объркващи. Вместо това ще говорим за магнитни линии, защото те обикновено изглеждат по-логични. Нека изтрия това. Ето така. Ще изтрия и Магнезия. Чудя се дали и химичният елемент магнезий, също първо е открит в Магнезия. Възможно е. Всъщност, аз проверих и за слабителното магнезиев хидроксид, наричан още "мляко от Магнезия". То не е открито в Магнезия, но пък съдържа магнезий. Така че може би все пак корените му са в Магнезия, ако магнезият е открит в Магнезия. Както и да е, достатъчно за Магнезия. И обратно към магнитите. Ако това е магнит... ще нарисувам още един магнит. Всъщност ще изтрия всичко това. Добре. Ще нарисувам нови два магнита. Това е един магнит, това е другият магнит. Знам от експерименти още от деца, че ако това е северният полюс, а това – южният, северният полюс ще бъде привлечен от южния полюс на друг магнит. И ако обърна този магнит, той ще започне да отблъсква севера – двата обърнати на север магнита ще се отблъскват. Тук го има същото понятие като при електростатиката, че магнитът създава поле. Създава ето тези вектори около себе си, така че ако сложите нещо в това поле, което може да бъде повлияно от полето, ще има нетна сила, която ще му въздейства. Преди да се задълбоча в магнитното поле, бих искал да спомена една огромна разлика между магнетизма и електростатиката. Магнетизмът винаги е във формата на дипол. Какво е дипол? Дипол означава просто, че имаме два полюса – северен и южен. В електростатиката имаме два заряда. Има положителен и отрицателен заряд. Така че в действителност имаме два заряда. Но те могат да бъдат самостоятелни. Може да имаме само протон. Не е нужно да има електрон тук, до него. Може да има само протон и той ще генерира положително електростатично поле. Линиите на полето ни показват какво би направил положителният заряд. И той ще бъде отблъснат. Така че не е задължително тук винаги да има отрицателен заряд. По същия начин може да има само електрон. И тук няма нужда да има протон. Така че може да има и "монополи". Това се нарича "монопол" – когато имаме само един заряд, това е термин от електростатиката. Но при магнетизма винаги имаме "дипол". Ако взема ето този магнит тук и ако го срежа наполовина, като по чудо всяка половинка на магнита ще се превърне в нов магнит, стават два магнита. Тук това ще бъде южният, това северният полюс, това южният и това северният. Всъщност съм чел, че теоретично (казвам ‘чел съм,’ защото собствените ми способности не стигат до там) може да съществува и "магнитен монопол", въпреки че до сега такъв не е наблюдаван в природата. Виждали сме само "диполи" в природата. Можем да продължим да разрязваме този магнит, буквално докато ни остане само един електрон. И всъщност дори един- единствен електрон също е магнитен дипол. Той все още ще генерира поле и все още ще има северен и южен полюс. Така че всъщност, при всички магнити, магнитното поле се създава от електроните в него. По-точно от въртенето на електроните – знаеш, че като говорим за въртене на електрони, си представяме малка топка заряд, която се върти. Но електроните си имат маса. Просто започва да става неясно дали са енергия или маса. И как се върти една топка от енергия? И така нататък, и така нататък. Така че нещата стават почти метафизични. Не ми се навлиза прекалено в детайли. Трудно е за разбиране, честно казано. Това е сфера, в която обикновено не работим. Но дори и при тези "големи" магнити, с които работим, магнитното поле се създава от въртенето на електроните вътре в него и от реалното магнитно поле, създадено от движението на електроните около протоните. Надявам се, че не те затрупах с информация. Сега може да попиташ как така понякога един метален прът е магнетизиран, а понякога не е? Когато всички електрони се държат по различен и произволен начин в металния прът, тогава не е магнетизирано. Защото магнитните движения или магнетизмите, произведени от електроните, взаимно се компенсират, точно защото движението е произволно. Но ако подредим движенията на електроните, и ако подредим въртенето около осите им, ще получим магнитно зареден прът. Както и да е, подминах десетте минути, но се надявам, че това ти дава малко работно знание за това какво е магнит. И в следващия клип ще ти покажа какъв е ефектът му. Първо ще обясним как разглеждаме магнитното поле. И после – какъв е ефектът на магнитното поле върху един електрон. Или не електрон, а движещ се заряд. До виждане в следващия клип.