Magnet je objekt, ktorý v priestore vo svojom okolí vytvára magnetické pole. Môže mať formu permantentého magnetu alebo elektromagnetu. Permanentné magnety nepotrebujú k vytváraniu magnetického pola žiadnu vonkajšiu energiu. Vyskytujú sa prirodzene v niektorých nerastoch, ale dajú sa tiež vyrobiť. Elektromagnety potrebujú k vytvoreniu magnetického pola elektrickú energiu.

Vlastnosti magnetov

Magnety sú priťahované alebo odpudzované inými materiálmi. Materiál, ktorý je silno priťahovaní k magnetu má vysokú permeabilitu (priepustnosť). Železo a oceľ sú dva príklady materiálov s veľmi vysokou permeabilitou a sú veľmi silno priťahované magnetmi. Voda má tak nízku permeabilitu, že je magnetickým poľom ľahko odpudzovaná. U všetkého sa dá zmerať permeabilita: u ľudí, plynov a taktiež u vákua vo vesmíre.

SI jednotkou magnetickej indukcie, ktorá je nesprávne považovaná za „intenzitu“ magnetického poľa, je tesla (značka T). Homogénne magnetické pole, majúce magnetickú indukciu 1 T pôsobí na každý meter priameho vodiča pretekaného elektrickým prúdom 1 ampéra silou 1 newtona. Skutočnou jednotkou SI intenzity magnetického poľa je ampér na meter (A/m). Jednotkou SI magnetického toku je Weber (značka Wb). Magnetický tok je súčinom magnetickej indukcie a plochy, ktorou pole prechádza; 1 Wb = 1 T•m2. Je to veľmi vysoká hodnota magnetického toku.

História

Slovo magnet pochádza z gréckeho μαγνήτης λίθος (magnētēs lithos), čo znamená „magnéziový kameň“. Magnesia bola oblasť v Antickom Grécku, dnešná Manisa v Turecku, kde boli objavené zásoby magnetitu už v antike. Starodávni čínski navigátori boli medzi prvými zaznamenanými užívateľmi magnetických kompasov.

V mytológii arabských moreplavcov hrala významnú rolu povesť o magnetovej hore. V pätnástom storočí sa Arabovia magnetovej hory báli natoľko, že vo svojich plavidlách nepoužívali žiadne železné predmety (teda ani klince).

Fyzický pôvod magnetizmu

Permanentné magnety

Normálna hmota je zložená z častíc ako sú protóny, neutróny a elektróny a všetky majú základnú vlastnosť: kvantový mechanický spin. Spin dáva každej tejto častici určité magnetické pole. Preto, a taktiež preto, že priemerný mikroskopický kúsok hmoty obsahuje obrovské množstvo týchto častíc, by sa dalo očakávať, že všetka hmota bude magnetická. Dokonca aj antihmota by mala magnetické vlastnosti. Napriek tomu to tak nie je.

V každom atóme a molekule je spin týchto častíc prísne usporiadaný podľa Pauliho vylučovacieho princípu. Tento princíp usporiadania spinu ale neplatí na veľkú vzdialenosť medzi atómami a molekulami. Bez tohto vzdialeného usporiadania tu nevzniká sieťové magnetické pole, pretože magnetický moment každej z častíc je vyrušený momentom ostatných častíc.
Permanentné magnety sú zvláštne v tom, že u nich vzdialené usporiadanie existuje. Najvyšší stupeň usporiadania existuje v magnetických doménach. To sa dá prirovnať k mikroskopickým susedstvám, v ktorých je silné pôsobenie medzi časticami a výsledkom toho je vysoká úroveň usporiadanosti. Čím vyššia je usporiadanosť v doméne, tím silnejšie je výsledné pole.
Vzdialené usporiadanie (a výsledné silné magnetické pole) je hlavným znakom feromagnetických materiálov.

Elektrické vytvorenie magnetizmu

Elektróny hrajú hlavnú rolu vo vytváraní magnetického poľa. Vo vnútri atómu môžu elektróny existovať buď samostatne alebo v pároch na akomkoľvek orbite. Ak sú spárované, tak jednotlivé elektróny z tohto páru majú opačný spin - jeden horný, druhý dolný. Fakt, že spiny sú opačné znamená, že jeden druhého vyrušia. Ak sú všetky elektróny spárované, magnetické pole sa nevytvorí.

V niektorých atómoch sú nespárované elektróny. Všetky magnety majú nespárované elektróny, ale nie všetky atómy s nespárovanými magnetmi sú feromagnetické. Aby bol materiál feromagnetický, musí obsahovať nespárované elektróny, ale tieto na sebe musia pôsobiť cez veľkú vzdialenosť tak, aby boli všetky orientované na rovnakú stranu. Špecifické postavenie elektrónov v atóme (a taktiež vzdialenosť medzi atómami) je to čo vytvára vzdialené usporiadanie. Elektróny majú nižšiu energiu pokiaľ sú rovnako orientované.

Elektromagnety

Elektromagnet, vo svojej najjednoduchšej forme, je drôt zvinutý do jednej alebo viacerých slučiek. Takejto slučke sa hovorí solenoid. Keď slučkou prechádza elektrický prúd, vytvorí sa okolo nej magnetické pole. Orientácia tohto poľa sa dá určiť podľa pravidla pravej ruky. Sila poľa je ovplyvnená niekoľkými faktormi. Počet slučiek určuje rozsah pôsobenia, množstvo prúdu určuje množstvo aktivity a materiál v jadre určuje elektrický odpor. Čím viac slučiek a čím vyšší prúd, tím silnejšie magnetické pole vznikne.