Magnetväli ja püsimagnetid (0)

Magnetväli  ja püsimagnetid
Magnetiit
Antiik-Kreekas arvati, et  omaduses  teisi kehi ligi 
tõmmata väljendub kivimi hing.  
Leiukoha järgi (Magnesia linn Väike-Aasias) hakati 
selliseid kivimeid nim magnetiteks.  
Tegelikult oli tegu  magnetilise  rauamaagi ehk 
magnetiidiga.
Magnetväli
Magnetväli on liikuvate laetud osakeste poolt 
tekitatud väli, mis toimib magnetilise vastastikmõju 
vahendajana. 
(Vrdl paigalseisvate laetud osakeste ümber on ainult 
elektriväli). 
Elektromagnetväli
 Rangelt  võttes tekitab magnetvälja muutuv 
elektriväli. 
Eraldi erilisi magnetlaenguid ei eksisteeri.
Elektriväli ja magnetväli koos moodustavad 
elektromagnetvälja (EMV). 
Püsimagnet
Püsimagnet – aine, mida alati ümbritseb 
magnetväli. 
Püsimagneti magnetväli on ainet moodustavate 
osakeste (pms elektronide) magnetväljade 
summa. 
Aineosakesed omavad magnetvälja oma pöörlemise 
ehk spinni tõttu.
Püsimagneti materjaliks on nt magnetiit. 
Väga tugev püsimagnet on NIB-magnet ehk neodüüm-raud- boor .
Ferromagneetikud
Üksikud ained on ferromagneetikud. 
Tuntumad: 
raud, nikkel,  koobalt  ja
suurem osa nende sulameid
mõned haruldaste muldmetallide ühendid 
mõned looduslikult esinevad mineraalid  (magnetiit)
NIB-magnet
sulam Nd2Fe14B 
1982 General Motors ja Sumitomo Special  Metals
tugevaimad püsimagnetid 
kasut nt kiirendites ja arvutiehituses
NIB-magnet
Magnetpoolused
 Magnetil  on kaks erinimelist piirkonda: 
põhjapoolus  (N) ja lõunapoolus (S). 
Poolused – piirkonnad, kuhu koonduvad 
magnetvälja jõujooned . 
Jõujooned – mõttelised jooned, mis kujutavad 
magnetvälja tugevust (mida tihedamalt  on joonisel 
keha ümritsevas alas  magnetvälja jõujooni, seda 
tugevam on selles piirkonnas magnetvälja mõju).
Magnetpoolused
Magnetpoolust ei saa kujutada punktina, see on alati 
ulatuslikum piirkond. 
Pole olemas üksikuid magnetpoolusi, magnetvälja 
allikas on alati  dipooli  kujuga. 
Magneti poolitamisel tekib kaks uut magnetit, millel 
kummalgi on kaks poolust.
Magnetpooluste vaheline ala on  neutraalne .
Magnetvälja jõujoonte suund
Magnetvälja jõujoonte kokkuleppelist suunda 
näitab magnetväljas orienteerunud magnetnõela 
põhjapoolus. 
Seega on jõujoonte suund magneti põhjapooluselt 
lõunapoolusele.
Maa magnetvälja ja püsimagneti magnetvälja jõujooned
Magnetilise vastastikmõju seadus
Erinimelised poolused tõmbuvad, samanimelised 
tõukuvad. 
Magnetilise tõmbe- ja tõukejõu suurus (F) on 
pöördvõõrdeline pooluste vahelise kauguse (r) 
ruuduga .
F ~ 1/r2
Magneetumine
Nähtus, mille korral magnetvälja paigutatud 
aine/keha tekitab ise ka magnetvälja ehk saab 
magnetilised  omadused.
 Füüsikaliselt pole  korrektne   väljend  „magnet tõmbab ligi“. 
 Näiteks külmkapimagnet ja  kirjaklamber . Magneti läheduses muutub  kirjaklambri  aine 
samuti magnetiliseks,  kusjuures  püsimagneti poolne klambri ots omandab vastasnimelise 
pooluse . Kuna  klamber  on nüüd ka magnetiliste omadustega, hakkavad külmkapimagneti 
ja kirjaklambri vahel  mõjuma  tõmbejõud. Selle jõu mõjul täheldame kergema või 
vabamalt liikuda  saava  keha (üldjuhul siis kirjaklambri) liikumist.
Magnetdomeenid NIB-magnetis
Maa magnetväli
Esimesel saj pKr  avastasid hiinlased, et magnetkivimiga  
kokkupuutumisel omandab raudnõel magneti omadused. 
Samuti märkasid nad, et niisugune magnetnõel pöördub 
alati kindlasse suunda.
Esimese kompassi valmistasid 11 saj  araablased .
Magnetnõelale avaldab orienteerivat mõju Maa 
magnetväli.
 Maad ümbritsev magnetväli on tingitud vedela 
metallilise tuuma konvektiivsest liikumisest.
  Dünamoteooria  kohaselt toodab Maa magnetvälja nn geodünamo. Maa 
5150 -6360 km paksust tahket sisetuuma ümbritseb 2890-5150 km 
paksune vedel Fe-Ni välistuum, milles toimuvad sarnaselt vahevööle 
soojuse ülekandega seonduvad aine konvektsioonivoolud. Välistuuma 
moodustab suuremas osas sulaolekus raud, mis on hea  elektrijuht . Maa 
pöörlemise ning  konvektsiooni  tõttu tekivad sularaua  voolud , mis 
omakorda indutseerib elektromagnetvälja. Tänu  Lorenzi  jõule ja 
Coriolisi  efektile on välistuumas konvektsioonivoolud spiraalse kujuga. 
Spiraalselt liikuvad  ioonid  põhjustavad aga elektrivoolu, mis omakorda 
genereerib dipoolisarnase magnetvälja.
Maa magnetilised poolused
Maa  põhjapoolkeral  asub Maa magnetiline 
lõunapoolus ja vastupidi. 
Geograafiline ja magnetline  poolus  ei kattu. 
Magnetiline S asub geograafilisest Nst u 2000 km 
kaugusel  Kanada  põhjaosas.
Maa magnettelg ei läbi Maa  keskpunkti ja on lühem 
Maa pöörlemisteljest.
Magnetpooluste  nihe
Magnetväli on  muutlik . Ajapikku Maa 
magnetpooluste asukohad muutuvad (need on nn 
pikaajalised muutused). Magnetvälja pööre toimub u 
700000 aastaga.
Lühiajalised muutused on nn magnettormid 
(perioodiga 6-12 h). Neid seostatakse  Päikese 
aktiivsusega. 

Viimase 20000000 aasta jooksul iga  300000  a järel

Viimati 780000 a tagasi

Täpset põhjust ei teata

Magnetväli on juba aastaid nõrgenenud
Kui kiiresti poolused liiguvad?
Maa magnetilise põhjapooluse asukoha määras 
esimest korda James Ross 1831 . 
Juba siis, kui Roald Amundsen  1904  põhjapoolust 
külastas, oli see 50 km nihkunud. 
20 saj on poolus nihkunud umbes 10 km aastas, 
jõudes 1990ndatel kiiruseni 40 km/a. 
2013:
Maa magnetväli vahetab  oma pooluseid intervalliga, 
mis ulatub 100000 kuni mitmete miljonite aastateni 
(keskmiselt 250000 a,  teadlaste  arvamused selles 
osas on vastuolulised). 
Viimane pooluste pööre toimus teoreetiliselt 780000 
a tagasi ( tardunud laava uuringute alusel). 
Pööre ise võib samuti kesta tuhandeid aastaid.
Pooluste liikumine ei ole sünkroniseeritud ning toimub 
erinevas  tempos  ja suunas. 
Maa magnetvälja ajalugu kajastub  ookeanipõhja 
riftivööndites tardlaavas, kus osad basaltkivimid säilitavad 
tardumisel välise magnetvälja suuna. 
Korduvatel pooluste vahetumisel tekib miljonite aastate 
lõikes erisuunaliste magnetväljadega tardkivimite kihistik.
Magnetvälja kaitseülesanne
 Päikesetuul  mõjutab Maa magnetvälja.
Samas Maa magnetvälja mõjul kõverdub 
päikesetuule osakeste liikumise  trajektoor  nii, et 
osakesed kaotavad suure osa oma energiast ja 
edasisel atmosfääri sisenemisel (pms pooluste 
lähedal) ei mõjuta elu enam laastavalt. 
Need osakesed tekitavad ka virmalisi.
Earts`s Magnetism in HD 7:39
 http://www.youtube.com/watch?v=yEYy_nVC4L0
Maa magnetvälja inimesed ei tunneta. 
On taimi, mille lehed pöörduvad  serviti N-S suunas. 
Lindude ränne toimub osalt magnetvälja järgi 
orienteerudes.
Maal esineb ka magnetilise anomaalia piirkondi, kus 
magnetnõel ei võta kindlat asendit.
Maa magnetpoolused ja magnetvälja jõujooned
Internetist võetud joonis, mis 
pole füüsikaliselt korrektne
Maa magnetväli kaitseb Maad päikestuule eest
Maa  magnetosfääri  kuju
Päikese poolt kokkusurutud
Vastaspoolelt välja venitatud (ulatusega mitusada 
Maa raadiust)
Suure kiirusega laetud osakesed kannavad jõujooni 
teatud määral endaga kaasa
Maa  magnetosfäär
Pooluste lähedal lendavate lennukite raadiosides 
esineb vahel tundidepikkusi katkestusi ja GPS 
asukohamäärangutesse tekivad 100 m-ni küündivad 
vead. 
Põhjuseks peetakse Päikeselt pärit laetud osakeste 
voogu, mis pooluste kohal koondudes suurimat mõju 
avaldab. 
Täpset mõjumehhanismi selgitada ei osata, st ei 
osata ka neid häireid  ette ennustada ega GPS 
näitudele parandeid leida. (2010)
Van Alleni kiirgusvööndid
 Tehiskaaslased on kindlaks teinud kaks stabiilset 
suurt hulka prootoneid ja elektrone sisaldavat 
vööndit
Maa magnetväli hoiab kinni päikesetuule osakesi

Document Outline

• Magnetväli ja püsimagnetid
• Magnetiit
• Magnetväli
• Elektromagnetväli
• Püsimagnet
• Püsimagneti materjaliks on nt magnetiit. Väga tugev püsimagnet on NIB-magnet ehk neodüüm-raud-boor.
• Ferromagneetikud
• NIB-magnet
• Slide 9
• Magnetpoolused
• Slide 11
• Magnetvälja jõujoonte suund
• Maa magnetvälja ja püsimagneti magnetvälja jõujooned
• Magnetilise vastastikmõju seadus
• Magneetumine
• Magnetdomeenid NIB-magnetis
• Maa magnetväli
• Slide 18
• Slide 19
• Maa magnetilised poolused
• Magnetpooluste nihe
• Kui kiiresti poolused liiguvad?
• 2013:
• Slide 24
• Slide 25
• Magnetvälja kaitseülesanne
• Earts`s Magnetism in HD 7:39
• Slide 28
• Maa magnetpoolused ja magnetvälja jõujooned
• Maa magnetväli kaitseb Maad päikestuule eest
• Maa magnetosfääri kuju
• Maa magnetosfäär
• Slide 33
• Van Alleni kiirgusvööndid