נוסח השאלה המלא: האם יש קשר בין גודלו של המגנט לכוחו המגנטי. כלומר: האם ניתן ליצור במגנט ששוקל קילו אחד כוח מגנטי שיוכל לשאת טון(
שלום אבי,
קודם כל עלינו להבהיר למה הכוונה ב"מגנט". על מנת ליצור שדה מגנטי ניתן להשתמש במגנט קבוע, או ליצור שדה שדה מגנטי ע"י העברת זרם בתיל. חוק אמפר קובע כי זרם חשמלי מייצר גם שדה מגנטי סביבו. מניסוח השאלה משתמע כי השאלה הייתה לגבי מגנט קבוע.
ישנם חומרים מסויימים בטבע המסוגלים לקבל תכונות מגנטיות, ומגיבים להימצאות שדה מגנטי. חומרים אלו נקראים "פרומגנטים" (מהמילה הלטינית לברזל – פרום), ומהם ניתן ליצור מגנט קבוע. חומרים פרומגנטים ידועים הם ברזל, ניקל, קובלט ועוד.
המיוחד בחומרים אלו הוא המבנה האטומי שלהם, השומר על תכונות מגנטיות של ה"ספין".הספין הוא התרומה המגנטית של כל אטום, וכאשר ישנו גביש של חומר פרומגנטי (אחיד או מורכב מתערובת של כמה חומרים), ניתן לייצב את כל ה"ספינים" באותו כיוון, ובצורה כזו יַשְרֶה הגביש שדה מגנטי חיצוני על הסביבה. גביש כזה נקרא מגנט קבוע (כיוון שהוא משרה שדה מגנטי קבוע).
על מנת ליצור מגנט קבוע, יש צורך בהפעלת שדה מגנטי חיצוני. בתחילה, מסודרים כל הספינים בכיונים אקראיים, ולכן לגוש ברזל סתמי לא יהיה שדה מגנטי. למרות זאת, היותו חומר "פרומגנטי" גורמת לו להגיב לשדה מגנטי ולהימשך למגנט. לאחר הפעלה של שדה מגנטי חיצוני למשך זמן ממושך, יסתדרו כל ה"ספינים" בחומר בכיון אחד. לאחר מכן יהיה המגנט מגנט קבוע, וישרה שדה מגנטי משל עצמו.
לפני הפעלת שדה מגנטי חיצוני, הספינים מסודרים בכיון אקראי (שמאל); לאחר הפעלת שדה מגנטי, הספינים מסודרים כולם באותו כיוון (ימין). (תמונה מוויקיפדיה ע"י Michael Shmid
מטבע הדברים, לכל חומר יעילות שונה בהשראת השדה המגנטי, יעילות הנמדדת בתכונה הנקראת רמננטיות. לכל חומר רמננטיות שונה, המשפיעה על יכולתו לייצר שדה מגנטי. בכל מקרה השדה המגנטי שייוצר לא יהיה גדול מזה שהופעל ע"מ ליצור את המגנט.
על פי וויקיפדיה, החומר המגנטי ה"חזק" ביותר הוא סגסוגת ברזל וניאודמיום, בעלת אנרגיה סגולית מקסימלית של 440 קילוג'אול למטר מעוקב.
ולכן, כאמור ישנו קשר הדוק בין גודל המגנט לחוזקו, אך קשר זה מוגבל ע"י תכונות החומר. בנוסף, גם הצורה הגיאומטרית של החומר, ומיקום הקטבים משפיעים על הגיאומטריה של קווי השדה, ןעל ה"כח המגטי" (ליתר דיוק המומנט המגנטי) המופעל.
על מנת להשתמש בשדה מגנטי להרמת משקלים, מומלץ להשתמש באלקטרומגנט העשוי מסליל נושא זרם. כפי שהסברתי, כל תיל בו מועבר זרם חשמלי יוצר סביבו שדה מגנטי, שגודלו תלוי בעוצמת הזרם. ולכן, ע"י העברת זרם חזק דרך סליל תוכל ליצור שדה מגנטי חזק כרצונך (כמובן שגם כאן ישנן הגבלות מסויימות, ובעוצמות גבוהות יש להשתמש בטכנולוגיות שונות ומתקדמות יותר כדוגמת על-מוליכים וכו')
כרמל שור
המחלקה לכימהי פיזיקלית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
