MAGNETIZMUS

Magnetizmus, na rozdiel od elektriny, sa začal využívať v podobe kompasu už pred 1000 rokmi. Dnes sa využíva v širokej škále ľudských činností.

Permanentný magnet

Vždy, keď som mal v rukách dva malé valcové permanentné magnety, predstavoval som si, že vo vnútri sú malé rotujúce vrtuľky, ktoré vytvárajú prúdenie neviditeľnej látky. Dnes už viem, že vo vnútri  permanentného magnetu sú miniatúrne prúdové motory vytvorené prírodou – voľné elektróny. Napriek mojej predstave o prúdení neznámej látky som v tom čase nepoznal príčiny príťažlivých a odpudivých síl permanentného magnetu.

Na obr. 1 je zobrazené magnetické pole valcového permanentného magnetu. Siločiary prúdenia poľa smerujú zo severného magnetického poľa smerom k južnému magnetickému pólu.

Ako vieme, látky delíme z hľadiska magnetických vlastností na paramagnetické, diamagnetické a feromagnetické. Tieto vlastnosti sú podrobne popísané v učebniciach fyziky. Pre výrobu permanentných magnetov sa používajú feromagnetické látky, ku ktorým patria napríklad železo, kobalt, nikel a ich zliatiny. Tieto materiály majú jednu vlastnosť, ktorá ich odlišuje od ostatných: natočenie osi rotácie voľných elektrónov účinkom elektrického prúdu zostane zachované aj po odpojení zdroja elektrického prúdu.

Poznámka: Pri výrobe permanentných magnetov sa využíva nasledujúca vlastnosť feromagnetických materiálov: Po natočení osí voľných elektrónov do jedného smeru elektrickým prúdom zo zdroja sa po odpojení zdroja jednosmerného napätia natočenie osí elektrónov nevracia do pôvodného smeru.

Na obr. 2. je zobrazený valcový permanentný magnet a schematicky sú zobrazené voľné elektróny zoradené do jedného smeru.

Permanentný magnet obsahuje pole voľných elektrónov zoradených do jedného smeru.

Sily valcových permanentných magnetov

Nasledujúce obrázky vysvetľujú príčiny príťažlivých a odpudivých síl dvoch valcových magnetov.  Smer síl prúdenia závisí na vzájomnej polohe magnetov. Intenzita poľa (rýchlosť prúdenia) závisí od materiálu (hustoty voľných elektrónov na jednotku objemu). Nedymové magnety majú  oproti klasickým magnetom vyššiu intenzitu magnetického poľa.

Ako poznáme z vlastnej skúsenosti, niekedy sa permanentné magnety priťahujú a niekedy sa odpudzujú. Závisí to od ich vzájomnej polohy. Na nasledujúcich obrázkoch je vysvetlenie príčin príťažlivých a odpudivých síl valcových permanentných magnetov

Na obr. 3 sú zobrazené valcové magnety, ktorých osi sú totožné. Pre jednoduchosť nie je rotácia poľa okolo osi valcových magnetov na obrázkoch zobrazená.

Na obrázku A sa magnety priťahujú pretože smer ich prúdenia je totožný. Magnety vytvárajú spoločné pole. Na obrázkoch B sa magnety odpudzujú pretože smer ich prúdenia je obrátený. Pole magnetov sa odpudzuje.

Na obr. 4 sú permanentné magnety, ktorých osi sú mimo bežné (dotýkajú svojim valcovými plochami). Vľavo na obrázku C má smer ich prúdenia polí opačné znamienko. V mieste dotyku vytvárajú siločiary prúdenia magnetov spoločné lokálne magnetické pole, ktoré magnety priťahuje. Vpravo na obrázku D má smer ich prúdenia totožné znamienko. Ich magnetické polia aj samotné magnety sa odpudzujú.

Guľový permanentný magnet

Vplyv pohybu vodiča v otvorenom kozmickom priestore uvedený v predchádzajúcej kapitole je možné využiť pri vysvetľovaní magnetického poľa rotujúcej gule z feromagnetického materiálu. Majme rotujúcu železnú guľu, obr. 5. Po prekročení kritických otáčok sa osi voľných elektrónov na vonkajšom obvode gule natočia v smere obvodovej rýchlosti.

Prúdenie druhej zložky tmavej hmoty voľných elektrónov pôsobí na natočenie osí susedných voľných elektrónov, ktoré rotujú s menšími polomermi. Tento vplyv spôsobuje reťazovú reakciu smerom do stredu rotujúcej gule. Výsledkom je prúdenie druhej zložky tmavej hmoty v smere osi rotujúcej gule. Pre pravotočivé voľne elektróny to znamená smer prúdenia v osi rotácie gule podľa obr. 5. Po zastavení rotácie železnej gule sa zachováva natočenie osi rotácie voľných elektrónov. Dostávame guľový permanentný magnet.

Uvedený proces prúdenia druhej zložky tmavej hmoty platí aj pre magnetické pole Zeme. V ďalekej minulosti bola rýchlosť rotácie Zeme, pozostávajúcej zo železa a niklu, dostatočná na vznik permanentného magnetu. Aj po ustálení rotácie Zeme na súčasnú relatívne nízku rýchlosť ostalo magnetické pole Zeme zachované!

Poznámka: Výsledky pokusov s rotujúcimi kovovými predmetmi publikoval v roku 1917 Samuel J. Barnett v práci „The Magnetization of Iron, Nickel, and Cobalt by Rotation“. Experimentálne sa ukázalo, že rotácia feromagnetického telesa môže vyvolať jeho magnetizáciu.

Elektromagnet

Rovnaké pole ako okolo permanentného magnetu je možné vytvoriť okolo cievky (obr. 6). Ak na konce vodiča cievky pripojíme zdroj elektrického napätia, elektrický prúd vytvorí v okolí cievky rovnaké pole ako voľné elektróny v okolí permanentného magnetu. Natočenie voľných elektrónov vodiča do smeru elektrického prúdu spôsobí nielen prúdenie, ale aj rotáciu prúdenia elektrickej látky vo vodiči cievky. Závity cievky sa chovajú ako jeden veľký vodič. V okolí „vodiča“ sa vytvorí prúdenie elektrickej látky v tvare ako má permanentný magnet alebo naša Zem. Cez prierez cievky, v smere jej osi, prúdi elektrická látka.  

Poznámka: Ak pripojíme na konce cievky napätie opačnej polarity, zmení sa nielen smer prúdu v závitoch cievky, ale aj smer prúdenia elektrickej látky cez prierez cievky. Toto s permanentným magnetom nedokážeme.

Na zosilnenie prúdenia v osi cievky je potrebné vložiť do cievky jadro z feromagnetického materiálu. Prúdenie elektrickej látky atómov a voľných elektrónov materiálu jadra, tak prispieva ku zvýšeniu prietoku cez ten istý prierez a tým ku zvýšeniu rýchlosti prúdenia – intenzity elektrického poľa.

Intenzita magnetického poľa. V každej učebnici fyziky je o intenzite magnetického poľa napísané približne toto: Intenzita magnetického poľa H vo vzduchovej cievke (bez železného jadra) znamená hustotu siločiar na m² plochy, kolmej na smer siločiar. Čím väčšia je hustota siločiar vo vzduchu, tým väčšia je sila magnetického poľa. Ak vložíme do cievky jadro zo železa, indukuje sa v ňom väčší počet siločiar na m² prierezu plochy, a to μ – krát viac, podľa rovnice:

B – magnetická indukcia, H – intenzita magnetického poľa, μ – permeabilita

Na základe horeuvedeného popisu magnetickej indukcie je zrejmé, že príspevok prúdenia elektrickej látky železného jadra je vysvetlený zvýšením hustoty siločiar. Tento účinok vyjadruje „fyzikálna“ konštanta – permeabilita. Počet siločiar na jednotku plochy je matematická veličina, ktorá však nezodpovedá fyzikálnej realite.

Pojem „počet siločiar“ na jednotku plochy je z fyzikálneho hľadiska neprijateľný.
Siločiaru môže tvoriť iba hmotná častica!

Nejde teda o počet siločiar, ale o zvýšenie prietoku (rýchlosti) prúdenia vplyvom prírastku množstva elektrickej látky prúdiacej cez ten istý prierez.

Pojem magnetická indukcia znamená v skutočnosti strhávanie elektrickej látky v okolí vodiča prúdením elektrickej látky vo vodiči. Z obr. 5 vyplýva, že prietok prúdenia strhávanej elektrickej látky q_v cez prierez cievky bez jadra je úmerný prúdu v cievke. Ak vložíme do cievky železné jadro, ku prietoku q_v sa pridá prietok emitovanej elektrickej látky častíc materiálu jadra, q_j. Rýchlosť prúdenia strhávanej (indukovanej) elektrickej látky cez prierez cievky s jadrom sa má správne počítať podľa rovnice (2).

q_v –prietok elektrickej látky vákua bez jadra, q_j –prírastok prietoku elektrickej látky materiálu jadra, r_c – polomer vnútorného prierezu cievky – jadra

Poznámka: Poznanie podstaty prúdenia elektrickej látky umožní vývoj „lietajúcich“ tanierov.

Permitivita a permeabilita

Súčasná fyzika používa permeabilitu pre magnetické pole a permitivitu pre elektrické pole. Zvláštnosťou týchto fyzikálnych jednotiek je, že sa používajú na výpočet rýchlosti prúdenia tej istej látky.

1. Permitivita – vyjadruje odpor prostredia voči prúdeniu elektrickej látky.
2. Permeabilita– vyjadruje prírastok prietoku elektrickej látky z materiálu jadra.

Magnetické pole Zeme

Na obr. 7 je zobrazené magnetické pole v okolí Zeme. Z terestriálnych planét má silné globálne magnetické pole iba naša Zem. V okolí našej Zeme pozorujeme relatívne silné magnetické pole.

Tvrdíme, že podstatu magnetického poľa Zeme tvorí prúdenie elektrickej látky. Na južnom geografickom póle prúdi elektrická látka smerom von a na severnom geografickom póle smerom do vnútra Zeme. Mimo pólov, na povrchu Zeme, nám vodorovný smer prúdenia elektrickej látky ukazuje kompas.

V prípade správnosti  navrhovaného modelu tmavej hmoty upriamime pozornosť na povrch Zeme v oblasti geografických pólov. Siločiary magnetického poľa Zeme označujú smer prúdenia druhej zložky tmavej hmoty. Použitím zdravého rozumu je možné dedukovať, že prúdenie na severnom geografickom póle spôsobuje deformáciu povrchu Zeme smerom do jej stredu. Výsledkom tejto deformácie je možnosť preplávať ponorkám cez severný geografický pól. A naopak prúdenie na južnom geografickom póle spôsobuje pomerne vysokú nadmorskú výšku pevniny. Táto úvaha významne podporuje navrhovaný model tmavej hmoty.

Magnetické pole Jupitera

Z meraní kozmických sond sa ukázalo, že magnetické pole jupitera má opačnú polaritu a je mnohonásobne silnejšie ako magnetické pole Zeme. Prečo?

Je známe, že hmota Jupitera neobsahuje voľné elektróny, ale najmä vodík. Na základe navrhovaného modelu tmavej hmoty tvrdíme, že jadro vodíka na Jupiteri obsahuje ľavotočivý antiprotón. Výsledkom vysokej uhlovej rýchlosti rotácie Jupitera dochádza k rovnakému javu ako v prípade voľných elektrónov v jadre Zeme.

Uvedené tvrdenia o príčinách existencie magnetického poľa Jupitera platia aj pre magnetické polia ostatných plynových planét.Podstatnú časť hmoty plynových planét tvorí vodík (protium). Protóny, tvoriace jadro atómu vodíka, sa chovajú rovnako ako voľné elektróny. Rotujú a majú elektrické pole. Protón vytvára 1000-krát silnejšie elektrické pole ako elektrón. Na natočenie osi rotácie atómov vodíka (protónov) do jedného smeru sú však potrebné vyššie rýchlosti ako na natočenie osi rotácie voľných elektrónov.

Jupiter a Saturn

Tvrdíme, že príčinou globálneho magnetického poľa týchto planét je ich rotácia. Na rovníku dosahujú tieto planéty rýchlosť radovo 10 km/s. Táto rýchlosť je dostatočná na natočenie osí rotácie atómov vodíka (protónov). Napriek tomu, že smer rotácie Jupitera a Saturna je rovnaký ako smer rotácie Zeme, je magnetické pole týchto planét opačne orientované. Severný geografický pól je totožný so severným magnetickým pólom. Vysvetlenie spočíva v smere rotácie osí atómov vodíka. Tvrdíme, že protóny atómov vodíka planét Jupiter a planéty Saturn sú ľavotočivé. To znamená, že v jadre vodíka sú antiprotóny. Takže chýbajúca antihmota sa nachádza v plynových planétach.

Slnko

Podstatnú časť hmoty Slnka tvorí vodík. Rýchlosť rotácie Slnka na rovníku je pomerne pomalá. Približne 2 km/s. Na rozdiel od rýchlo rotujúcich planét je globálne magnetické pole Slnka slabé.

Tak ako vznikajú víry (hurikány a tajfúny) v atmosfére v okolí rovníka, podobne vznikajú víry aj na povrchu Slnka. Predpokladáme, že rýchlosť rotácie vírov na povrchu Slnka dosahuje hodnoty dostatočné na natočenie protónov jadier vodíka do smeru rotácie a tým vznik magnetických polí. Smer rotácie víru určuje polaritu magnetického poľa.

Pôsobenie týchto vírov, ktorých výsledkom sú úžasné kombinácie magnetických polí, môžeme vďaka kozmickej sonde SDO americkej agentúry NASA pozorovať nepretržite.

Smer rotácie vírov na povrchu Slnka (rovnako ako v atmosfére Zeme) závisí od zemepisnej šírky. Smer rotácie vírov na severnej pologuli je opačný ako smer rotácie vírov na južnej pologuli. Napriek tomu je silové pôsobenie vírov na povrchu Slnka vždy v smere z povrchu Slnka. Vysvetlenie spočíva v smere rotácie atómov vodíka. Na jednej pologuli sú atómy vodíka pravotočivé a na druhej ľavotočivé.

Tvrdíme, že smer rotácie atómov vodíka vyrobených v objeme Slnka závisí od pologule v ktorej sú vyrobené.

Poznámka: Poznanie, že Slnko a plynové planéty obsahujú antiprotóny je odpoveďou na otázku prečo pozorujeme vo vesmíre tak málo antihmoty.

Tmavé škvrny

Tmavé škvrny na povrchu Slnka ako prvý pozoroval Kepler v roku 1607 pomocou tzv. Kamera obscura. Omylom predpokladal, že ide o tieň planéty Merkúr. Tmavé škvrny objavil svojim ďalekohľadom aj Galileo Galilei v roku 1910

Víry vznikajú aj pod „povrchom“ Slnka. Smer rotácie týchto vírov vytvára magnetické polia, ktoré unášajú hmotu vodíka smerom do vnútra Slnka. Približne raz za 11 rokov sa tieto víry dostávajú na povrch Slnka. Pozorujeme ich ako tmavé škvrny. Hovoríme o aktivite Slnka.

Tvrdíme, že aktivita Slnka súvisí s periódou obežného pohybu Jupitera. Jupiter obehne Slnko približne raz za 11 rokov. Počas jedného obehu okolo Slnka dosahuje minimálnu vzdialenosť od Slnka. Minimálna vzdialenosť Jupitera od Slnka však nestačí na to, aby sa víry dostali na povrch Slnka. Druhou podmienkou je poloha Jupitera v blízkosti rovníkovej roviny Slnka. Treťou podmienkou je „správna“ poloha Saturna na jeho obežnej dráhe.

Sila slnečnej aktivity závisí od troch podmienok.

1. Vzdialenosť Jupitera od Slnka je minimálna.
2. Jupiter sa nachádza v blízkosti rovníkovej roviny Slnka.
3. Poloha Saturna pomáha planéte Jupiter dostať lokálne magnetické polia pod povrchom Slnka na jeho povrch.

Slnečná škvrny aktivita sa pozoruje od roku 1843, keď ju objavil nemecký astronóm Heinrich Schwab. Jedenásťročný cyklus nie je pravidelný. Ide o priemernú hodnotu. Bol už zaznamenaný aj deväťročný aj štrnásťročný cyklus. V niektorých obdobiach sa slnečné škvrny neobjavili. Súvisí to so splnením uvedených troch podmienok.

Poznámka: Obežná doba plynových planét trvá mnoho rokov. Pri splnení uvedených podmienok trvá vplyv ich gravitácie na existenciu tmavých škvŕn niekoľko mesiacov. Slnečná aktivita je sledovaná už niekoľko storočí. Správnosť uvedených podmienok je možné spätne konfrontovať.

Erupcia hmoty Slnka

Pri pozorovaní Slnka zaznamenávame v okolí rovníka obrovské erupcie hmoty. Príčinu erupcií dnešná fyzika nepozná. Tvrdíme, že pri strete dostatočného množstva hmoty a antihmoty (ľavotočivých a pravotočivých atómov vodíka dochádza k ich „anihilácii“ a následnej erupcii okolitej hmoty.