Magnetism si electromagnetism: magneti, campul magnetic, electromagnetul

Ce vei învăța

• Să descrii proprietățile magneților naturali și artificiali, precum și interacțiunile dintre aceștia.
• Să explici ce este câmpul magnetic și cum se reprezintă liniile de câmp.
• Să înțelegi cum funcționează un electromagnet și care sunt aplicațiile sale practice.

Explicația pe înțelesul tău

Magnetismul este o forță fundamentală a naturii, care face ca anumite materiale să se atragă sau să se respingă. Să începem cu magneții.

Magneții sunt corpuri care atrag fierul, nichelul, cobaltul și alte aliaje. Există două tipuri principale:

• Magneți naturali (de exemplu, magnetitul, o piatră întâlnită în natură).
• Magneți artificiali (fabricați de om, cum sunt magneții de pe frigider sau cei din difuzoare).

Orice magnet are două poli magnetici: polul nord și polul sud. Regula de aur a magnetismului este: polii de același fel se resping, iar polii diferiți se atrag. De exemplu, dacă apropii polul nord al unui magnet de polul nord al altuia, simți o forță de respingere.

Câmpul magnetic este regiunea din jurul unui magnet în care se exercită forțe magnetice. Nu îl poți vedea, dar îl poți „simți" cu ajutorul unei busole sau al pilitorii de fier. Liniile de câmp magnetic sunt niște curbe imaginare care:

• Ies din polul nord și intră în polul sud.
• Sunt mai dese acolo unde câmpul este mai puternic (lângă poli).
• Nu se intersectează niciodată.

Electromagnetismul leagă electricitatea de magnetism. Când un curent electric trece printr-un fir, se creează un câmp magnetic în jurul firului. Dacă bobinezi firul într-o bobină (spirală), câmpul magnetic devine mai puternic.

Adăugând un miez de fier în interiorul bobinei, obții un electromagnet. Acesta funcționează doar cât timp trece curentul electric. Poți să-l oprești și să-l pornești după voie!

Exemple din viața reală: soneriile, motoarele electrice, macaralele care ridică mașini în deșeuri, trenurile cu levitație magnetică (Maglev).

Exemple rezolvate

Exemplul 1: Identificarea polilor

Ai un magnet dreptunghiular, dar polii nu sunt marcați. Cum poți afla care este polul nord?

*Raționament:* Folosești o busolă. Acul busolei are un capăt vopsit (de obicei roșu) care indică nordul geografic. Apropie magnetul de busolă. Dacă acul busolei se întoarce spre magnet cu capătul roșu, atunci acea parte a magnetului este polul sud (pentru că polii diferiți se atrag). Dacă acul fuge de magnet cu capătul roșu, atunci acea parte este polul nord.

Exemplul 2: Desenarea liniilor de câmp

Desenează liniile de câmp magnetic dintre polul nord (N) și polul sud (S) ai unui magnet în formă de bară.

*Raționament:* Liniile încep din N, se curbează prin aer și ajung în S. În exteriorul magnetului, ele merg de la N la S. În interior, ele continuă de la S la N. Desenează 3-4 linii, mai dese lângă poli.

Exemplul 3: Construirea unui electromagnet simplu

Ai un cui de fier, un fir de cupru izolat și o baterie. Cum faci un electromagnet?

*Raționament:* Înfășori firul în jurul cuiului (cel puțin 10 spire). Conectezi capetele firului la bornele bateriei. Când curentul trece, cuiul devine magnet și poate atrage agrafe de birou. Dacă deconectezi bateria, agrafele cad.

Greșeli frecvente

1. „Magneții atrag toate metalele" – Fals! Magneții atrag doar metalele feromagnetice (fier, nichel, cobalt). Aluminiul, cuprul sau aurul nu sunt atrași.

1. „Dacă tai un magnet în două, obții un pol nord separat și un pol sud separat" – Nu! Fiecare bucată devine un magnet nou, cu ambii poli. Deci vei avea două magneți mai mici, fiecare cu N și S.

1. „Electromagnetul funcționează și fără curent" – Greșit! Electromagnetul se bazează pe curentul electric. Dacă întrerupi curentul, câmpul magnetic dispare. Doar magneții permanenți păstrează magnetismul.

Verifică-te!

1. Întrebare: De ce o busolă se aliniază întotdeauna aproximativ pe direcția nord-sud?

*Indiciu:* Gândește-te la Pământ ca la un magnet uriaș.

1. Întrebare: Un electromagnet poate ridica 100 de agrafe. Ce poți face pentru a-i crește forța?

*Indiciu:* Ai putea mări numărul de spire sau intensitatea curentului.

1. Întrebare: Apropii polul sud al unui magnet de polul sud al altui magnet. Ce se întâmplă?

*Indiciu:* Amintește-ți regula polilor de același fel.