Kita semua bermain dengan magnet dari semasa ke semasa. Di bawah ini adalah usaha untuk menerangkan asas-asas di sebalik rahsia cara kerja magnet misteri.
Magnet adalah sebarang bahan atau objek yang menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bertanggungjawab untuk harta benda magnet: daya yang menarik bahan feromagnetik lain dan menarik atau menghalau magnet lain. Magnet kekal adalah objek yang dibuat dari bahan yang dimagnetkan dan mencipta medan magnet berterusannya sendiri. Bahan yang dapat dimagnetkan, yang sangat tertarik dengan magnet, disebut feromagnetik. Walaupun bahan feromagnetik adalah satu-satunya bahan yang tertarik pada magnet yang cukup kuat untuk dianggap sebagai magnet, semua bahan lain bertindak balas dengan lemah terhadap medan magnet.
Beberapa fakta mengenai magnet termasuk:
- kutub utara magnet menunjuk ke kutub utara geomagnetik (kutub magnet selatan) yang terletak di Kanada di atas Lingkaran Artik.
- kutub utara menghalau kutub utara
- kutub selatan menghalau kutub selatan
- kutub utara menarik kutub selatan
- kutub selatan menarik kutub utara
- daya tarikan atau tolakan berbeza secara terbalik dengan jarak kuasa dua
- kekuatan magnet berbeza di lokasi yang berbeza pada magnet
- magnet terkuat di tiang mereka
- magnet sangat menarik baja, besi, nikel, kobalt, gadolinium
- magnet sedikit menarik oksigen cecair dan bahan lain
- magnet sedikit menolak air, karbon dan boron
Mekanik bagaimana magnet berfungsi benar-benar pecah hingga ke tahap atom. Apabila arus mengalir dalam wayar medan magnet dibuat di sekitar wayar. Arus hanyalah sekumpulan elektron bergerak, dan elektron bergerak membuat medan magnet. Ini adalah bagaimana elektromagnet dibuat untuk berfungsi.
Di sekitar nukleus atom terdapat elektron. Para saintis pernah berfikir bahawa mereka mempunyai orbit bulat, tetapi mendapati perkara itu jauh lebih rumit. Sebenarnya, corak elektron dalam salah satu orbital ini mengambil kira persamaan gelombang Schroedinger. Elektron menempati cengkerang tertentu yang mengelilingi inti atom. Cangkang ini telah diberi nama huruf K, L, M, N, O, P, Q. Mereka juga telah diberi nama nombor, seperti 1,2,3,4,5,6,7 (think quantum mechanics). Di dalam cangkang, mungkin ada subkulit atau orbital, dengan nama huruf seperti s, p, d, f. Sebilangan orbital ini kelihatan seperti sfera, beberapa seperti jam pasir, yang lain seperti manik. Cangkang K mengandungi orbital s yang disebut orbit 1s. Cangkang L mengandungi orbital s dan p yang disebut orbital 2s dan 2p. Cangkang M mengandungi orbital s, p dan d yang disebut orbital 3s, 3p dan 3d. Cangkang N, O, P dan Q masing-masing mengandungi orbital s, p, d dan f yang disebut 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 6f, 7s, 7p, Orbital 7d dan 7f. Orbital ini juga mempunyai pelbagai sub-orbital. Masing-masing hanya boleh mengandungi sejumlah elektron. Maksimum 2 elektron dapat menempati sub-orbital di mana satu mempunyai putaran ke atas, yang lain mempunyai putaran ke bawah. Tidak boleh ada dua elektron dengan putaran di sub-orbit yang sama (prinsip pengecualian Pauli). Juga, apabila anda mempunyai sepasang elektron dalam sub-orbit, medan magnet gabungan mereka akan saling membatalkan. Sekiranya anda keliru, anda tidak bersendirian. Ramai orang tersesat di sini dan hanya tertanya-tanya tentang magnet daripada membuat penyelidikan lebih lanjut.
Apabila anda melihat logam feromagnetik, sukar untuk melihat mengapa mereka sangat berbeza membentuk unsur-unsur di sebelahnya pada jadual berkala. Umumnya diterima bahawa unsur feromagnetik mempunyai momen magnetik yang besar kerana elektron yang tidak berpasangan di orbit luarnya. Putaran elektron juga dianggap menghasilkan medan magnet satu minit. Medan ini mempunyai kesan penggabungan, jadi apabila anda mengumpulkan banyak bidang ini, bidang tersebut akan menambah bidang yang lebih besar.
Untuk menyelesaikan perkara ‘bagaimana magnet berfungsi?’, Atom bahan feromagnetik cenderung mempunyai medan magnet mereka sendiri yang dibuat oleh elektron yang mengorbitnya. Kumpulan atom kecil cenderung mengorientasikan diri ke arah yang sama. Setiap kumpulan ini dipanggil domain magnet. Setiap domain mempunyai kutub utara dan kutub selatannya sendiri. Apabila sekeping besi tidak dimagnetkan, domain tidak akan menunjuk ke arah yang sama, tetapi akan menunjuk ke arah yang rawak membatalkan satu sama lain dan mencegah besi dari tiang utara atau selatan atau menjadi magnet. Sekiranya anda memperkenalkan arus (medan magnet), domain akan mula berbaris dengan medan magnet luaran. Semakin banyak arus yang digunakan, semakin tinggi bilangan domain yang diselaraskan. Apabila medan magnet luaran menjadi lebih kuat, semakin banyak domain akan bersesuaian dengannya. Akan ada titik di mana semua domain dalam besi sejajar dengan medan magnet luaran (tepu), tidak kira seberapa kuat medan magnet dibuat. Setelah medan magnet luaran dikeluarkan, bahan magnet lembut akan kembali ke domain berorientasikan secara rawak; namun, bahan magnetik keras akan memastikan sebahagian besar domainnya tetap sejajar, mewujudkan magnet kekal yang kuat. Jadi, di sana anda memilikinya.
Kami telah menulis banyak artikel mengenai magnet untuk Space Magazine. Inilah artikel mengenai magnet bar, dan inilah artikel mengenai magnet super.
Sekiranya anda mahukan lebih banyak maklumat mengenai magnet, lihat beberapa eksperimen hebat dengan magnet, dan berikut adalah pautan ke artikel mengenai magnet super oleh Wise Geek.
Kami juga telah merakam keseluruhan episod Cast Astronomi mengenai Magnetisme. Dengarkan di sini, Episod 42: Magnetisme Di Mana-Mana.
Sumber:
Geek yang bijak
Wikipedia: Magnet
Wikipedia: Ferromagnetisme
