Magnetickú silu a magnety väčšina ľudí využíva „príťažlivým“ spôsobom, keď sa magnety k sebe alebo ku kovovému predmetu priťahujú. Keď však magnety otočíte rovnakými pólmi k sebe, začnú sa odpudzovať. Aj odpudivá sila má praktické využitie – napríklad pri levitácii, v ložiskách, stavebniciach či elektronike. Pozrite si niekoľko príkladov a vyskúšajte si odpudivú silu aj sami.
Ak používate magnety, určite viete, že sa k sebe silno priťahujú. Keď jeden z nich otočíte tak, aby boli magnety orientované rovnakými pólmi, začnú sa odpudzovať.
V 39. dieli seriálu Magnetické otázniky sme sa pýtali: Je príťažlivá sila magnetov rovnako silná ako odpudivá? Zároveň sme odpovedali, že sa mierne líši, a vysvetlili aj dôvody, prečo je to tak.
Čo sa stane, keď k sebe magnety natočíte rovnakými pólmi
Ak k sebe magnety natočíte rovnakými pólmi, budú sa odpudzovať. Deje sa to preto, že si magnety navzájom narúšajú paralelnú orientáciu magnetických domén, teda ich „zarovnanie“. Pri priblížení silnejšieho magnetu k slabšiemu navyše silnejší magnet ovplyvní ten slabší.
Väčšinou sa magnety priťahujú
Vo väčšine prípadov sa silné magnety používajú tak, aby sa k sebe pritiahli, teda „secvakli“, alebo aby sa prichytávali k feromagnetickému materiálu, ako je železo či oceľ. Existuje však aj množstvo využití odpudivej sily magnetov. Pozrite si niekoľko príkladov.
1) Magnetická levitácia a supervlak Maglev
Magnetická levitácia, často označovaná ako Maglev, je technológia, ktorá využíva magnetické odpudzovanie na dosiahnutie levitácie – teda zdvihnutia a udržania objektu vo vzduchu bez akejkoľvek fyzickej opory. Tento jav vzniká vďaka vzájomnému odpudzovaniu dvoch magnetov.
S magnetickou levitáciou sa môžete stretnúť aj v praxi:
Supervlak Maglev
Vlaky Maglev využívajú magnetické odpudzovanie medzi koľajami a vlakom na dosiahnutie levitácie, čím sa minimalizuje trenie. Absencia trenia umožňuje týmto vlakom dosahovať extrémne vysoké rýchlosti až okolo 600 km/h a zároveň poskytovať cestujúcim hladkú a tichú jazdu.
Vlaky Maglev sú v prevádzke v niekoľkých krajinách, napríklad v Číne a Japonsku, kde spájajú významné metropolitné oblasti.
Tip: Vyrobte si magnetický mini vláčik „Maglev“.
Maglev výťahy
Aj výťahy môžu využívať technológiu maglev na vertikálny aj horizontálny pohyb kabíny bez potreby káblov či nosných lán. Schopnosť pohybu výťahu v oboch smeroch môže priniesť revolúciu v dizajne budov a umožniť nové architektonické koncepty. Výskum a vývoj v oblasti maglev výťahov však stále prebieha a ich komerčné využitie je zatiaľ obmedzené.
Magnetická levitácia v priemysle
Technológia maglev sa dá využiť aj na pohyb materiálov v priemyselných procesoch bez fyzického kontaktu. Minimalizuje opotrebenie a kontamináciu materiálov počas výroby. Na niektorých výrobných linkách sa používajú magnetické pásy na prepravu kovových predmetov, obrobkov a výrobkov.
Tip: Zaujímavosťou je, že pyrolytický uhlík (grafit) je odpudzovaný oboma pólmi magnetu zároveň.
Levitovanie predmetov v gadgetoch, hračkách a umení
Pomocou magnetickej levitácie sa môžu vznášať rôzne predmety – napríklad levitujúce glóbusy, písacie potreby či iné menšie objekty. Niektorí umelci využívajú magnety vo svojich inštaláciách tak, že ich umiestňujú proti sebe, aby sa odpudzovali a vytvárali levitujúci efekt.
Príťažlivé aj odpudivé sily sa využívajú v konštrukciách magnetických hračiek, stavebníc a hlavolamov, v ktorých sa často používajú neodýmové magnety.
Výhody a nevýhody magnetickej levitácie
Vytváranie stabilných a silných magnetických polí si vyžaduje značné množstvo energie. Vývoj a implementácia maglev systémov sú finančne náročné. Výzvou býva aj precízne inžinierske a technické riešenie, ktoré zabezpečí bezpečnosť aj efektivitu.
Magnetická levitácia je fascinujúca technológia so širokým spektrom možností, ktorá však zatiaľ čelí rôznym výzvam, ktoré je potrebné prekonať, aby sa stala bežne využívanou v rôznych odvetviach.
Vyskúšajte magnetický pokus s rotovaním pétanque gule pomocou magnetov.
2) Magnetické zatváranie s využitím odpudivej sily
Keď sú magnety orientované rovnakými pólmi k sebe, odpudzujú sa. V určitom bode, ak sú magnety dostatočne blízko, môžu sa konštrukčne „preklopiť“ do polohy, v ktorej sa ich opačné póly začnú priťahovať a dvierka sa uzavrú.
Výrobcovia tento princíp využívajú napríklad pri „mäkkom“ a tichom zatváraní dverí alebo nábytkových dvierok. Keď sú dvere takmer zatvorené, magnety sa ešte odpudzujú a vytvárajú jemné brzdenie. Akonáhle sa priblížia dostatočne blízko, magnety sa preklopia, opačné póly sa pritiahnu a dvere sa zatvoria.
3) Magnetické beztrecie ložiská
Beztrecie ložiská, známe aj ako magnetické ložiská, sú typ ložísk, ktoré umožňujú rotáciu častí bez fyzického kontaktu medzi sebou, čím minimalizujú trenie a opotrebovanie. Dosahuje sa to využitím magnetickej odpudivej sily, ktorá udržiava rotujúce časti od seba oddelené.
Magnety sú usporiadané tak, aby sa navzájom odpudzovali a vytvárali medzeru medzi rotujúcimi časťami. Na zabezpečenie stability a zabránenie kontaktu medzi časťami ložiska sa často používajú aj elektromagnety alebo aktívne riadiace systémy.
Absencia fyzického kontaktu eliminuje takmer všetko trenie. Bez trenia prakticky nevzniká opotrebovanie, čo predlžuje životnosť komponentov a zároveň znižuje potrebu údržby. Navyše je možné dosiahnuť vyššie otáčky bez rizika prehrievania, ktoré trenie často spôsobuje.
Beztrecie ložiská sa využívajú napríklad vo veterných a plynových turbínach, v letectve či v generátoroch. Ich funkčnosť bez potreby mazania je dôležitá aj v prostrediach, kde by mohlo dôjsť ku kontaminácii, napríklad v medicínskych prístrojoch.
Môže vás zaujímať: Existuje magnetický motor? Ak áno, ako funguje?
4) Vedecký výskum
Magnetické odpudzovanie má vo vedeckom výskume význam najmä pri štúdiu materiálov a ich vlastností v podmienkach, ktoré minimalizujú vonkajšie vplyvy, trenie či gravitáciu. Vedci využívajú techniky magnetickej levitácie na vytváranie „beztiažových“ podmienok pre experimenty s materiálmi aj biologickými vzorkami. Vďaka tomu môžu lepšie skúmať fyzikálne vlastnosti materiálov, ako sú hustota, viskozita či teplota topenia.
V biológii sa tieto techniky využívajú na štúdium buniek a tkanív v stave napodobňujúcom beztiaž. Skúmanie buniek v takýchto podmienkach poskytuje cenné informácie o ich správaní, raste a diferenciácii.
Vytváranie stabilných a kontrolovaných podmienok pre magnetickú levitáciu vo vede si vyžaduje sofistikovanú technológiu a odborné znalosti. Niektoré materiály môžu byť pre tieto experimenty nevhodné kvôli svojim magnetickým vlastnostiam.
Magnetické odpudzovanie a levitácia ponúkajú vedcom jedinečnú možnosť skúmať vlastnosti a správanie materiálov a biologických vzoriek v podmienkach čo najbližších beztiaži. Táto metóda umožňuje odhaliť nové poznatky o základných fyzikálnych a biologických procesoch, ktoré by inak bolo ťažké pozorovať.
Môže sa magnet odpudzovať aj od kovu?
Vo vyššie uvedených príkladoch sme opisovali využitie odpudivých magnetických síl, ktoré vznikajú pri priblížení magnetov k sebe rovnakými pólmi. Ak však magnet prichytíte na feromagnetický kov, ako je železo, nikel alebo oceľ, bude sa k nemu aj po otočení stále priťahovať.
Existujú však aj kovové materiály, od ktorých sa magnety mierne odpudzujú. Ide o diamagnetické látky, ktoré oslabujú vonkajšie magnetické pole. V dôsledku toho sa od magnetu jemne odpudzujú. Patria sem napríklad bizmut, uhlík, zlato, striebro, meď alebo zinok.
Ako to využiť? Môžete si vytvoriť jednoduchý magnetický tester strieborných mincí a overiť, či sú pravé.
Sledujte ďalšie magnetické zaujímavosti na blogu Unimagnet.
