Cum se formeaz magneii naturali Dup oxigen siliciu

Cum se formează magneţii naturali? După oxigen, siliciu şi aluminiu, fierul este cel mai abundent element pe Pământ. Magnetita este un minereu care conţine oxid de fier. Un trăznet cu intensitatea de 1 milion de amperi crează un câmp magnetic suficient să satureze magnetizarea minereurilor apropiate. Un asemenea eveniment se petrece la 1 -10 milionae de ani, suficient de mic la scară geologică pt. a exista zăcăminte întinse de magneţi naturali.

În Asia Mică grecii cunoşteau un asemenea loc numit Magnesia, de unde provine numele de magnet.

Planurile oraşelor se făceau în conformitate cu geomanţia. Se observă orientarea NS a oraşului Shantan, Kansu. În partea mai nouă (zona roşie), orientarea are o înclinare de 11 grade datorită variaţiei în timp a câmpului magnetic terestru. În China s-au păstrat documente din anul 100 d. C. în care se atestă folosirea “indicatorului Sudului” în geomanţie şi Feng Shui. Acesta îl ajuta pe împărat să realizeze un ritual pt. a asigura fertilitatea pământului aruncând primăvara seminţe pe sol în direcţia sudului.

Primul desen al unei busole sub forma unui peşte care pluteşte este în Wu Ching Tsung Yao din 1044. În carte se descrie cum este fierul încălzit şi bătut pt. a menţine magnetizarea termorezistentă. Prima menţiune clară a folosirii magneţilor în busolă este în Shen Kua din 1088.

Puteţi realiza şi voi o busolă magnetizând temporar un ac.

Dar să ne întoarcem la busolă. Acest ac mic magnetizat, busola, a schimbat lumea! A permis începând cu 1405 explorarea de către Zheng He a Cambodgiei, Ceylonului, Javei şi descoperirea Africii. Corăbiile din flota lui Zhen He aveau un tonaj de 5 ori mare decât corăbiile lui Vasco de Gama care a sosit în Oceanul Indian 70 de ani mai târziu. Descoperirile geografice ale chinezilor au încetat brusc în perioada Ming datorită politicii izolaţioniste introduse, lăsând loc liber europenilor.

Busola i-a permis lui Cristofor Columb să descopere în 1492 America.

Gilbert face presupunerea îndrăzneaţă că Terra este un magnet uriaş şi atracţia busolei este atracţia dintre 2 magneţi. De Magnete - 1600 Gilbert În De Magnete scrie că nu există monopoli magnetici. Tăierea unui magnet nu desparte polii N şi S, ci formează 2 magneţi mai mici!

Presărând pilitură de fier, Oersted a văzut prima oară liniile câmpului magnetic al unui magnet.

Matematic inexistenţa monopolilor magnetici este echivalentă cu un flux magnetic nul. (sarcina monopolului magnetic ar contribui aici)

Hans Christian Oersted Încă în sec. XVIII s-au făcut încercări de a lega magnetismul de electricitate, dar fără rezultat pt. că se lua în considerare numai electricitatea statică. În august 1820 Oersted descoperă că un curent electric deviază acul busolei, adică un curent electric produce un câmp magnetic. flash

= Andre-Marie Ampere În septembrie 1820, Ampere consideră că un solenoid parcurs de curent electric este echivalent cu un magnet (au acelaşi câmp magnetic). De aceea el înlocuieşte busola lui Oersted printr-o conductor mobil şi calculează forţa exercitată asupra lui (decembrie 1820).

În octombrie 1820 Jean-Baptiste Biot şi Felix Savart calculează câmpul magnetic produs de o porţiune de circuit electric. pentru un conductor rectiliniu

Maxwell descoperă analogia dintre câmpul magnetic şi curgerea turbionară a unui fluid. (în schimb câmpul electrostatic este irotaţional) O măsură a rotaţiei turbionului este circulaţia care permite scrierea legii lui Ampere şi deducerea legii Biot. Savart: Circulaţia = B 2 r= 0 I Circulaţia = magnetică Legea lui Ampere

În legea lui Ampere circulaţia este legată de curba C, iar curentul electric I penetrează suprafaţa S mărginită de curba C.

Michael Faraday După descoperirea lui Oersted (că un câmp electric induce un câmp magnetic) apărea evident că şi câmpul magnetic trebuie să inducă un câmp electric. Dar toţi încercau pt. un câmp magnetic static. În 1831 Faraday descoperă inducţia electromagnetică cu ajutorul câmpului magnetic variabil dintr-un solenoid. (bobina originală )

movie Câmpul electric indus este turbionar (spre deosebire de cel electrostatic) şi este caracterizat de circulaţia electrică. Circulaţia = electrică Legea lui Faraday

James Clerk Maxwell În 1830 întreaga electrodinamică (la fel ca Geometria lui Euclid) putea fi dedusă din următoarele principii: 0. Sarcina electrică se conservă. 1. Sarcinile electrice se atrag conform legii lui Coulomb 2. Nu există sarcini magnetice. 3. Un câmp magnetic variabil induce un câmp electric conform legii lui Faraday. 4. Un curent electric induce un câmp magnetic conform legii lui Ampere. Au trecut două generaţii de fizicieni pînă ce Maxwell a descoperit că aceste principii sunt contradictorii. De ce? Pt. că numai scriind sub o formă matematică compactă aceste principii se putea descoperi contradicţia.

Legea lui Ampere Soluţia lui Maxwell:

Legea lui Faraday (curentul monopolului magnetic ar intra aici) Legea lui Ampere-Maxwell Se observă o simetrie deosebită între câmpul electric şi magnetic, care nu este perfectă deoarece nu exită monopoli magnetici şi de aceea nici un curent al monopolilor magnetici.

Preludiu la Ecuaţiile lui Maxwell Să presupunem că avem de-a face cu câmpul din figură. Ce structuri identificăm? 1. O structură “sursă-izvor”: 2. O structură “gaură-dolină” : 3. O structură de “ciclon”: 4. O structură de “anticiclon”: Ecuaţiile lui Maxwell ne spun că structurile de tip “sursă” “gaură” sunt sarcini (+ şi -) iar structurile de tip “ciclon” “anticiclon” reprezintă fluxuri de energie înspre/dinspre câmp.

Ecuaţiile lui Maxwell (sarcina monopolului magnetic ar intra aici) Legea lui Gauss pt. magnetism Legea lui Faraday (curentul monopolului magnetic ar intra aici) Legea Ampère-Maxwell Forţa lui Lorentz

Unde Electromagnetice Heinrich Hertz flash O consecinţă a ecuaţiilor lui Maxwell este că putem avea câmpuri electrice şi magnetice care se propagă cu viteza luminii. În 1888 Hertz a descoperit undele electromagnetice.

La începutul sec. XXI suntem încă o civilizaţie “electromagnetică”. Până la consolidarea sa, industria electrotehnică a urmat 4 etape: telegraful, galvanostegia, arcul electric şi lampa cu incandescenţă. La început curentul voltaic era slab, dar în curând şi-a găsit prima aplicaţie: finanţele şi calea ferată aveau nevoie de informaţii la zi şi a apărut telegraful. Galvanostegia necesita curenţi intenşi şi a folosit principiul lui Faraday dar numai cu magneţi permanenţi. Maşinile aveau putere mică şi erau ineficiente.

Arcul electric necesita generatoare puternice. În 1867 Wilde şi Siemens au descoperit că curentul electric de la o maşină poate excita câmpul electromagnetic al altei maşini şi au creat primul dinam. În 1881 Thomas Edison înfinţează prima uzină electrică şi introduce iluminatul public cu lămpi de incandescenţă movie Tesla Electromotor 1888

Descoperirea lui Hertz i-a permis lui Marconi să inventeze radioul. Evident un fizician ar fi considerat că undele electromagnetice nu se pot propaga la distanţe mari, ele ar porni-o frumuşel de pe suprafaţa globului în aer de unde nu s-ar mai întoarce înapoi. Dar ele se întorceau! De-abia în 1920 Appleton a descoperit că trimiţând unde EM scurte ele se reflectă în ionosferă. Metoda a stat la baza radarului radar. movie