Magnetiline põhjapoolus ja lõunapoolus
Mida mõistetakse magnetilise põhjapooluse ja lõunapooluse all?
Põhjapoolus ja lõunapoolus on püsimagneti kaks erinevat poolust. Magnetväli väljub põhjapoolusest ja kulgeb – nagu jõujoontega saab kujutada – lõunapooluse suunas. Magneti sees sulguvad jõujooned uuesti. Samanimelised poolused tõukuvad teineteisest (ehk põhjapoolus põhjapooluse vastu ja lõunapoolus lõunapooluse vastu). Vastasmärgilised poolused tõmbuvad seevastu teineteise poole. Magnetiline jõud ferromagnetilise materjali (nt raua) suhtes on nii põhjapoolusel kui ka lõunapoolusel tõmbav.Sisukord
Igal magnetil on kaks poolust.
See on põhiomadus, mis eristab elektrivälju ja magnetvälju.
Magnetväli tekib siis, kui voolab elekter. See tähendab alati, et elektrilaengud liiguvad. Sel juhul tekib aga alati kahe poolusega väli: põhjapoolus ja lõunapoolus. Seetõttu räägitakse ka dipoolväljast. See sarnaneb kahe vastandliku laenguga elektriväljale, elektrilisele dipoolile.
Ka püsimagnetis, s.t. magnetiseeritud materjalis, esinevad elementaarsed elektronispinnid koos magnetilise momendiga, mida võib käsitleda kui elementaarmagneteid. Püsimagneti makroskoopiline magnetväli on kõigi elementaarmagnetite panuste summa. Elektronispinnidel on sama toime nagu aatomaarsetel ringvooludel ning igal neist on oma magnetiline põhja- ja lõunapoolus.
Kui elektrilaeng, näiteks negatiivselt laetud elektron, tekitab elektrivälja, siis üksikut "magnetlaengut" ei ole olemas. Üksikut magnetpoolust ei ole võimalik valmistada.
Öeldakse, et elektriväljal on allikad (nimelt elektrilaeng) ja magnetväli on seevastu allikavaba. See tekib dipoolväljana (põhja- ja lõunapoolusega), kui elektrilaengud liiguvad. Tõelist tõestust magnetvälja allikavabaduse kohta ei ole olemas, kuid tänaseni ei ole keegi täheldanud ka "magnetlaengut".
Maxwelli võrrandite abil saab siiski matemaatiliselt tõestada, et üksikuid magnetpoolusi ei ole olemas. Selleks tuleb aga Maxwelli võrrandeid eeldusena aktsepteerida, sest nende kehtivust ennast ei saa tõestada.
Igal magnetil on põhjapoolus (N) ja lõunapoolus (S).
Kui püsimagnet murda, saadakse kaks väiksemat magnetit, millel on samuti kummalgi põhjapoolus ja lõunapoolus.
Seda saab mõista, kui arvestada, et magnetväli tekib materjalis joondunud elektronspinnidest.
Need omavad nagu pisikesed ringvoolud materjalis magnetmomenti ja määravad igas punktis põhjapooluse ning lõunapooluse, mille mõjud kattuvad ja moodustavad makroskoopilise magnetvälja.
Magnetpoolide tõmme ja tõuge
Kui lähendada ühe silindermagneti põhjapoolust teise magneti põhjapoolusele, tõukuvad mõlemad magnetid teineteisest. Kui aga lähendada ühe silindermagneti lõunapoolust teise magneti põhjapoolusele, siis mõjub jõud magnetite vahel tõmbavana.Selle väite kontrollimiseks tuleb võtta magnet ühest otsast kätte ja näete, et vaba ots tõmmetakse alati teise magneti ühe külje poolt, kuid teise selle magneti külje poolt tõugatakse eemale.
Erinimeliste pooluste korral eri magnetite vahel (ehk põhjapoolus ja lõunapoolus) mõjuvad tõmbejõud, samanimeliste pooluste korral (ehk põhjapoolus ja põhjapoolus või lõunapoolus ja lõunapoolus) aga alati tõukejõud.
Magnetväli annab ettekujutuse sellest, milline jõumõju magnetist lähtub. Füüsikas iseloomustatakse magnetvälja tugevust tavaliselt magnetilise vootiheduse B kaudu ning seda mõõdetakse ühikutes tesla või gauss.
Magnetite jõujooned
Jõujoonte abil saab magnetvälja visualiseerida. Seejuures kulgevad magnetväljade jõujooned alati suletud aasadena. Magnetvälja jõujoontel ei ole seega algust ega lõppu. Põhjus, miks jõujooned moodustavad suletud aasad, seisneb selles, et magnetväli on allikavaba, s.t sellel on alati põhjapoolus ja lõunapoolus.Alustades magneti põhjapoolusest, väljuvad jõujooned põhjapooluse pinnalt risti eemale ja kaarduvad lõunapooluse poole, kuni jõuavad risti lõunapooluse pinnale. Magnetmaterjali sees pöörduvad jõujooned aga tagasi alguspunkti põhjapoolusel ja moodustavad niimoodi suletud aasa.
Magneti jõumõju magnetilisele prooviesemele, näiteks kompassinõelale, on võrdeline jõujoonte tihedusega. Kompassinõel joondub jõujoonte suhtes puutujana.
Magnetvälja olemasolu ümber magneti saab katseliselt ette kujutada, puistates raudpuru paberile, mille all asub magnet. Rauapuru paigutub siis kaarjateks struktuurideks, mida võib käsitada jõujoonte kujutisena.
Magneti põhjapoolus ja lõunapoolus on kokkuleppeliselt määratud. Jõujooned kulgevad kokkuleppeliselt põhjapooluselt lõunapoolusele. See tähendab, et puudub füüsikaline printsiip, mis määraks, kumb magneti poolus on põhjapoolus ja kumb lõunapoolus.
Magnetilise ja geograafilise põhjapooluse erinevus
Joonis 1: Maa gloobus koos Maa geograafiliste ja magnetpoolustega.
Kui geograafiline põhjapoolus on määratletud Maa telje (punane) läbitungimispunktiga Polarstaari suunas, siis selle läheduses asub Maa magnetiline lõunapoolus, mille järgi kompassinõelad joondusid (roheline punkt).
Lõunapoolse pöörlemistelje läbitungimispunkti lähedal asub magnetiline põhjapoolus (punane punkt).
Ka Maal on magnetväli, mis toimib nähtamatu kilbina kosmilise kiirguse ja päikesetuule vastu.
Selle põhjustavad Maa vedelas sisemuses tekivad maa-alused voolud.
Maa põhjapoolus on aga määratletud kui Maa mõttelise pöörlemistelje tungimispunkt Maa pinnast läbi Põhjatähe suunas.
Seetõttu nimetatakse seda täpsemalt ka "geograafiliseks põhjapooluseks".
Üks Maa magnetpool asub küll geograafilisele põhjapoolusele lähedal, ent see on hoopis Maa magnetiline lõunapoolus.
Nii osutabki kompassinõela põhjapoolus põhja suunas, sest seal asub Maa magnetiline lõunapoolus, mis paikneb geograafilise põhjapooluse lähedal (joonis 1).
Kuidas kompassi ise valmistada, saate teada lehel Maailma lihtsaim kompass.
Maa magnetväli
Kujutis 2: Maa magnetväli, mis suunab päikesetuule Maa ümber või püüab selle osaliselt pooluste juures kinni.
(Allikas: Herbert Bolz, CC BY 4.0,
Wikimedia Commonsi vahendusel)
Välise maakoe vedela raua liikumise tulemusel ulatub magnetväli
kaugele kosmosesse ja kaitseb seeläbi meie planeedil elu Päikesetuule kõrgeenergeetiliste osakeste eest (joonis 2).
Magnetvälja poolused – nagu öeldud, mitte segi ajada geograafiliste poolustega – on pidevas liikumises.
Pooluste rändumist põhjustavad muutused vedela tuumamaterjali ringluses.
Märkimisväärne on ka see, et Maa magnetväli pöördub aeg-ajalt ümber – nähtus, mille käigus muutub magnetiline põhjapoolus lõunapooluseks ja vastupidi.
Need pooluste ümberpöördumised, mis leiavad aset tuhandete aastate vältel, on osa looduslikust tsüklist, mille täpseid põhjuseid uuritakse endiselt.
Maa magnetvälja mõistmine on oluline mitte ainult teadusele; see mängib otsustavat rolli ka navigatsioonis ja paljudes tehnoloogilistes rakendustes.
Kuidas virmalised tekivad?
Virmalised, tuntud ka kui Aurora Borealis, tekivad Päikesetuule laetud osakeste ja Maa magnetosfääri vastastikmõju tulemusena. Need osakesed suunatakse Maa magnetvälja poolt pooluste suunas, kus nad põrkuvad ülemises atmosfääris gaasatomite ja -molekulidega ning ergastavad neid helendama. Maa magnetväli toimib seejuures juhtsüsteemina, mis juhib osakesi piki magnetvälja jooni polaaraladel, võimaldades neis piirkondades helenduvate auroride teket. Nii tekivad lummavad, liikuvad, sageli roheka tooniga helendusnähtused, mida on selge ilmaga eriti hästi näha põhjapoolsetel laiuskraadidel.Kuidas rändlinnud Maa magnetvälja järgi orienteeruvad?
Rändlinnud kasutavad Maa magnetvälja navigeerimisabina: spetsialiseerunud meelerakud võimaldavad tajuda magnetvälju ja annavad seeläbi suunaorientatsiooni. Need meelerakud, mis asuvad sageli silmade või nokapiirkonnas, võimaldavad lindudel „näha” või tunnetada magnetvälja jooni, mis aitab neil pikkadel rändeteedel pesitsus- ja talvitusalade vahel orienteeruda. See magnetitaju täiendab muid navigeerimisviise, näiteks orienteerumist tähtede, päikese ja geograafiliste maamärkide järgi, ning on paeluv näide loomariigi kohanemisvõimest loodusnähtustega.
Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt on füüsik ja Martin Lutheri nimelise Halle-Wittenbergi ülikooli füüsika edasijõudnute praktikumi teaduslik juht. Aastatel 2011–2019 töötas ta Tehnikaülikoolis ning juhtis mitmeid õppeprojekte ja keemia projektlaborit. Tema teadustöö keskmes on ajalahutusega fluorestsents-spektroskoopia bioloogiliselt aktiivsetel makromolekulidel. Lisaks on ta Sensoik Technologies GmbH tegevjuht.
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt on füüsik ja Martin Lutheri nimelise Halle-Wittenbergi ülikooli füüsika edasijõudnute praktikumi teaduslik juht. Aastatel 2011–2019 töötas ta Tehnikaülikoolis ning juhtis mitmeid õppeprojekte ja keemia projektlaborit. Tema teadustöö keskmes on ajalahutusega fluorestsents-spektroskoopia bioloogiliselt aktiivsetel makromolekulidel. Lisaks on ta Sensoik Technologies GmbH tegevjuht.
Kogu kompendiumi sisu (tekstid, fotod, illustratsioonid jms) autoriõigus kuulub autorile Franz-Josef Schmittile. Teose ainuõigused kuuluvad Webcraft GmbH-le (kui supermagnete.ee haldajale). Ilma Webcraft GmbH-i selgesõnalise loata ei tohi sisu kopeerida ega muul viisil kasutada.
© 2008–2026 Webcraft GmbH
© 2008–2026 Webcraft GmbH
