FORTA MAGNETICA

Pentru a intelege mai bine evolutia in timp a felului in care magnetii erau cunoscuti si folositi de oameni, precum si felului in care forta magnetica, exercitata de ei, s-a impus in viata de toate zilele, trecand peste spaima inexplicabila a atragerii nejustificate a altor corpuri, consideram necesara o scurta incursiune in istoria magnetismului.

Astfel, vechii egipteni cunosteau magnetii naturali pe care ii numeau "oasele lui Horus," zeul cerului, observand probabil ca "proveneau din cer," adica erau meteoriti din minereu de fier. Chinezii numeau magnetul "piatra care iubeste," datorita felului in care atrageau alte obiecte. Dupa versiunea poetului si filosofului roman Lucretiu, originea cuvantului magnet vine de la orasul Magnesia din Asia Mica. La oracolele din insula Samotrace, preotii pagani consultau "vointa zeilor" cu ajutorul unor inele de fier atrase de magnet.

Piatra magnetica a fost un obiect de studiu interesant pentru filosofii antichitatii; astfel, Empedocle spunea despre "piatra lui Hercule" ca atrage fierul datorita efluviilor care indeparteaza aerul din porii fierului si-l pun in miscare pe acela care-i astupa.

Filosoful antic Lucretiu (99-55 i.e.n.) nu accepta teoria mecanica si explica actiunea magnetului asupra ferului printr-o emisie de atomi, care, respingand aerul inconjurator, formeaza un vid, si atrage fierul. Fata de alte corpuri, Lucretiu motiveaza comportarea magnetului prin pozitia diferita a atomilor.

Alte scrieri din antichitate pomenesc despre "simpatiile" si "antipatiile" dintre lucruri, iar Pliniu teoretizeaza ca magnetul are "o privire care fascineaza fierul si-l atrage;" de aceea, probabil, era numit "piatra care iubeste." De remarcat este existenta unor dovezi scrise ca in China se cunosteau proprietatile de orientare ale magnetilor inca din secolul al treilea i.e.n., pe acest principiu fiind confectionate primele busole.

In Europa, busola a venit din China, la inceputul erei noastre, prin intermediul negustorilor slavi si mongoli, care se intalneau cu negustorii din apus. Prin secolul al XII-lea e.n., busola era deja raspandita printre marinari.

In lucrarea De magnete aparuta la 1269, autorul ei, invatatul filosof Pierre de Maricourt (supranumit Pelerin), a descris atat tipul de busola plutitoare, piatra fiind asezata pe o bucata de lemn, plutind intr-un vas cu apa, cat si busola formata dintr-un ac magnetic fixat pe o vergea de arama, astfel ca sa se poata orienta N-S. Tot Pelerin a descris cum se pot determina practic, polul nord si sud al unui magnet si anume dupa legea ca "polul nord al unei pietre magnetice atrage polul sud al alteia" si invers. Facand multe experiente cu magneti, Pelerin a inventat "alidada," o rigla metalica gradata cu doua cuie verticale la capete, cu care se poate masura unghiul rezultat dintre linia vizuala cu directia acului magnetic. Alidada era folosita la masurarea unghiurilor si chiar la ridicari topografice.

Antichitatea ne-a transmis unele cunostinte despre fenomenele cauzate de magneti dar, nu a ajuns nimeni sa descopere si nici macar sa banuiasca legatura dintre aceste fenomene. Lipsesc aplicatiile practice, fapt explicabil prin natura fortelor de productie de atunci, bazate pe folosirea focului, a energiei musculare a sclavilor si animalelor, a energiei vantului si a apelor.

Intre secolele XVI-XVII progresul cunoasterii naturii inregistreaza un salt decisiv: diferentierea stiintelor. Cu lucrarile medicului William Gilbert (1540-1603) incepe o epoca noua in domeniul electricitatii si magnetismului. In tratatele sale Despre magnet si corpurile magnetice si Marele magnet, Pamantul, el expune rezultatele experientelor sale din domeniul magnetismului si electricitatii. Reluand experientele lui Thales, Gilbert a ajuns la concluzia ca sunt multe alte corpuri care poseda proprietatea de a atrage corpuri usoare, atribuita mult timp numai chihlimbarului. Astfel, o vergea de sticla, ceara rosie sau ebonita frecata cu o bucata de lana sau petec de matase obtine insusirea de a atrage corpuri usoare; la fel pieptenele trecut prin par, si metalele pot fi electrizate daca li se ataseaza un maner izolant.

Magnetismul

Se crede ca Thales din Milet a fost primul care a cercetat forta de atractie ciudata al feritului magnetic asupra fierului obisnuit, in 600 i.e.n. Au trecut multe secole pana cand s-a gasit o utilizare practica a fortei magnetice, in busolele de navigatie. In anul 200 e.n. chinezii utilizau deja o forma rudimentara a busolei, dar in Europa a aparut doar in jurul anului 1200.

Principiul pe baza caruia functioneaza busola este unul foarte simplu: pamantul are un nucleu de fier topit si constituie el insusi un magnet urias. Campul magnetic se comporta asemenea unui magnet-bara situat in lungul axei terestre. Busola contine un ac magnetic care se poate roti liber. Indiferent de pozitia busolei, acul se va roti astfel incat sa indice directia catre Polul Nord; pornind de la acest reper, putem afla si celelalte puncte cardinale.

Motivul pentru care ferita magnetica se pozitioneaza intotdeauna in aceeasi directie este un fenomen care a ramas un mister de-a lungul secolelor. Azi stim insa ca fierul si alte materiale magnetizabile se compun din magneti mici, numiti domenii magnetice sau regiuni magnetice. Acestea de obicei sunt directionate aleator, iar prin suprapunerea fortelor nu rezulta o forta magnetica detectabila. Daca dintr-o oarecare cauza aceste domenii se orienteaza toate in aceeasi directie, atunci metalul va avea caracteristici magnetice si va atrage bucatile de fier.

Cei doi poli ai magnetului

Ca si pamantul, fiecare magnet are un pol nord si un pol sud; caracterul magnetic este astfel concentrat in doua puncte, numite poli, unul care arata catre nord si unul care arata spre sud. Extremitatile magnetului se numesc poli, deoarece lasand liber magnetul in sens orizontal, magnetul se va aseza cu varfurile catre polii magnetici ai Pamantului - Polul Sud si Polul Nord - care si el este un magnet gigantic. Acesta este principiul de functionare al busolei. Ambele extremitati ale magnetului atrag fierul nemagnetizat; dar daca apropiem doi magneti, atunci polul nordic al unuia atrage polul sudic al celuilalt si viceversa. In acelasi timp, cei doi poli sudici, respectiv nordici, se vor respinge reciproc. Asadar, polii de acelasi tip se resping. Totusi, pare paradoxal ca polul nordic al magnetului se intoarce catre Polul Nord al Pamantului. Aceasta se explica prin faptul ca polul magnetic al Pamantului din apropierea Polului Nord este de fapt un pol sudic din punct de vedere magnetic.

Faptul ca electricitatea si magnetismul au o legatura stransa s-s descoperit abia in 1819. In acel an, un profesor de fizica danez, Hans Oersted a prezentat audientei un nou fenomen electric si a incercat sa-i gaseasca o explicatie.

Descoperirea lui Oersted

Omul de stiinta danez a legat extremitatile unei baterii cu o sarma, vrand sa demonstreze ca sarma se va incalzi cand este parcursa de curent electric. In momentul in care a conectat cele doua borne ale sursei s-a petrecut un fenomen ciudat: acul busolei din apropiere a deviat si nu a mai revenit la pozitia initiala. Oersted si-a dat seama ca curentul din sarma a generat un camp magnetic care a actionat asupra acului busolei. Acest experiment a insemnat descoperirea unuia dintre cele mai importante fenomene din stiinta naturii: electromagnetismul.

Electromagnetism

Curentul din conductor produce un camp magnetic relativ slab, dar cercetatorii au gasit modalitatea de amplificare a acestuia, intr-un timp relativ scurt. Daca se infasoara conductorul sub forma unei bobine si se introduce in interiorul ei un miez de fier, atunci intensitatea campului magnetic creste foarte mult. Aceasta bobina cu miez in interior se numeste electromagnet.

Motoare si generatoare

Daca o sarma prin care se inchide un circuit electric se afla langa un magnet permanent, atunci sarma se va misca din pozitia ei initiala la aparitia curentului, daca nu este tinuta fixa. Acest lucru se datoreaza electromagnetismului. In 1821, Michael Faraday a realizat o masina simpla in care un fir strabatut de curent se misca in jurul unui magnet permanent. Bineinteles, aceasta "masinuta" mica nu era potrivita pentru o utilizare practica, dar prin ea s-a materializat ideea ce sta la baza motoarelor electrice moderne: cu ajutorul curentului electric se poate realiza miscare continua. Motoarele electrice moderne utilizeaza electromagneti in loc de o singura sarma si functioneaza mai eficace si mai controlabil.