Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
1037) Elektrická a magnetická síla
23. 04. 2003
Dotaz: V učebnici pro ZŠ je otázka: Na jaká tělesa působí elektrická a na
jaká tělesa působí magnetická síla?
Zajímá mě, jak by na tuto otázku měla znít správná odpověď podaná tak,
aby tomu žáci porozuměli. (Lucie Pelikánová)
Odpověď: Víte, když se někdo takhle kategoricky ptá, obvykle očekává nějakou
jednoduchou odpověď, obvykle tu, kterou má tazatel právě na mysli. Já bych
řekl s velkým rizikem, že to přesně nevystihuji, že
elektrická síla působí na tělesa, která nesou nějaký elektrický náboj
(no ono skoro všechna tělesa nesou velké náboje obou znamének, ale tyto
náboje jsou vykompenzované a projeví se jen přebytky, také může působit
síla v nehomogenním poli na dielektrikum, které je sice navenek neutrální,
ale díky polarizaci se jeden náboj projeví na jedné straně a druhý na
druhé a tak může být výsledná síla nenulová ....)
Magnetická síla nejsnáze pozorovatelná působí na tělesa z materiálu jako
železo, kobalt, nikl a jejich různých sloučenin, tzv. ferromagnetik.
Slabší leč pozorovatelná síla působí i na jiné materiály, na smyčky s
proudem atd.
Na ZŠ by podle mého názoru mělo jít především o získání jistých
zkušeností a jejich vcelku elementární shrnutí - když budu třít PET láhev
o svetr, tak se může přitahovat nebo odpuzovat s jinou lahví, říkáme tomu,
že jsme třením láhev nabili ... Když si vezmu do ruky magnet z chňapky,
tak ovlivní blízký kompas a udrží se na ocelovém plechu ...
Tohle všechno se dá těžko srovnat do jedoduché odpovědi, jde-li o
konkrétní školní problém, pak je třeba odseparovat dva aspekty: 1) co mají
děti pochopit a 2) co asi chce slyšet příslušný pedagog.
Dotaz: Mám dotaz, jestli má permanentní magnet opravdu trvalé magnetické pole?
Dá se "vyčerpat"? A dále bych potřeboval znát materiál, který
přitahuje magnet, ale nedá se zmagnetizovat. (Martin Novák)
Odpověď: Milý příteli,
o tom, zda je magnet permanentní, nebo magneticky tvrdý, rozhoduje velikost
magnetického pole, které je třeba k jeho přemagnetování. Graficky je to
vyjádřeno hysterezní smyčkou. Pole nutné k přemagnetování se nazývá
koercitivní pole. Kromě toho je snaha vyvinout takový materiál, který má i
velkou remanentní magnetizaci, tedy magnetizaci v nepřítomnosti budícího
magnetického pole. Součin Hc x Mr se používá jako technická míra magnetické
energie, kterou magnet potenciálně obsahuje. Feromagnetický materiál není
nikdy magnetován rovnoměrně (homogenně). Uplatní se demagnetizace tvaru,
přiloženým silným magnetickým polem, třeba impulzem se magent může optimálně
zmagnetovat, což se prakticky používá. Oblasti homogenní magnetizace, zvané
domény, se přemění tak, aby magnetizace všech směřovala podél budícího pole.
Čím větší překážky materiál klade tomuto přemagnetování, tím má větší
koercitivní pole. Také chlazení z teplot vyšších než Curieova v magnetickém
poli umožní získat už zpolarizovaný magnet.
Permanentní magnety se vyrábějí jak ze zvláštních slitin, např. NdFeB, SmCo
nebo některých feritových oxidů. Mohou také tak zvaně stárnout a s časem se
mohou zhoršit jejich parametry, poněvadž se změní překážky k jejich
přemagnetování. Magnetování samotné je vratný děj a permanentní magnet se
jím "nevyčerpá".
Slabé magnetické, nebo magneticky měkké, jsou naopak třeba čisté Fe nebo Ni
a jejich slitiny, zvláště permaalloye, které mají velmi malé koercitivní
pole a snadno se odmagnetují. Vyvinuty jsou také některé vhodné feritové
materiály. Stačí na ně působit střídavým magnetickým polem, které se plynule
zeslabuje, aby byly dobře odmagnetované. I vlastnost měkkého magnetika se
může s časem a zvláště při mechanickém působení zhoršit. U dobře
připraveného niklu (velmi čistého a přežíhaného) stačí, když Vám upadne na
stůl a hned se jeho koercitivní síla řádově zvětší.
Obojí materály jsou technicky důležité a výrobci stále vyvíjejí nové.
Dotaz: Hubblova konstanta nám říká, že čím jsou dvě tělesa od sebe dále, tím se
od sebe pohybují rychleji. Einsteinovy zákony nám pak říkají, že nejvyšší
rychlost je rychlost světla.
Teď si představme, že dvě tělesa jsou od sebe tak daleko, že rychlost
jednoho vůči druhému dosáhne rychlosti světla (nebo rychlosti velmi blízké).
To, že rychlost se již nemůže zvyšovat, musí způsobit to, že se nemůže
zvyšovat ani vzdálenost mezi těmito předměty.
Je to tak, nebo jsem něco přehlédl?
A pokud se již nemohou od sebe oddalovat, dostal jsem se na konec vesmíru? (Miroslav Drozen)
Odpověď: Dotaz je to velmi pěkný a hloubavý. Pokusím se na něj co nejpřesněji a
přitom co nejstručněji odpovědět:
Podle Einsteinovy speciální teorie relativity je rychlost světla
univerzální, maximální a pro žádný hmotný objekt nepřekročitelná.
Konkrétně to například znamená, že žádná dvě tělesa se NEMOHOU MÍJET
nadsvětelnou rychlostí. Toto tvrzení je absolutní a neporušitelné v
každém tzv. inerciálním systému.
Váš dotaz navozuje "paradox", totiž že velmi vzdálené galaxie se od sebe
vzdalují nadsvětelnou rychlostí. Opravdu platí Hubbleův vztah
v=H.d, kde d je vzdálenost mezi dvěma galaxiemi, v je rychlost jejich
vzdalování a H je Hubbleův parametr. Rovněž je pravda, že bude-li d
velmi velké, může být v>c, tedy rychlost vzdalování překročí rychlost
světla.
Řešení "paradoxu" je následující: galaxie se od sebe sice vzdalují
nadsvětelnou rychlostí, ale NEMÍJEJÍ se nadsvětelou rychlostí. (Vždyť
jsou ve vesmíru od sebe právě velmi vzdálené...). Proto není porušen
výše uvedený postulát speciální relativity. Jde totiž o to, že v
rozpínajícím se vesmíru hraje hlavní roli gravitace (tedy NEinerciální
systémy), a tak ve vesmíru platí tento postulát POUZE LOKÁLNĚ. Žádný
neřešitelný rozpor nevzniká, neboť této nadsvětelné rychlosti vzdalování
galaxií nelze použít k nadsvětelnému předávání informace MEZI NIMI a
tedy nenastává porušení běžné kauzality.
Naopak, právě místa od nás vzdálená tak, že odpovídající v=c, vymezují
pro nás tzv. HORIZONT UDÁLOSTÍ. To je nejzazší mez vesmíru, odkud k nám
DOSUD doletělo světlo, které se po celou dobu šířilo maximální možnou
rychlostí. Není to tedy hranice vesmíru, ale hranice našeho "obzoru",
který se stále zvětšuje. "Nadsvětelné" galaxie, které v principu mohou
existovat, proto nemůžeme spatřit. To, zda je spatříme někdy později,
nebo vůbec nikdy, záleží na konkrétním modelu vesmíru, přesněji na
funkci expanze R(t). Ta také určuje konkrétní hodnotu Hubbleova
parametru v daném okamžiku, což není konstanta, ale funkce závisející na
čase. Konkétně platí: H = (derivace R podle t)/ R.
Tím se další diskuse ovšem samozřejmě komplikuje, neboť musíme uvažovat
možné vývojové efekty.
Dotaz: Chcel by som vedieť, aký je pomer vodik/kyslik
pri ktorom je zmes traskavina, horí, nehorí. Pri elektrolýze vzniká
pomer 2:1. Aký je rozdiel pri 2HO a H2,O2 - myslím v plynnom stave
nie peroxid. (Mikulas)
Odpověď: 1) Toto je otázka chemické kinetiky. Hoření anebo výbuch vypadají takhle:
molekula O2 je stabilní, molekula H2 taky, takže vydrží vedle sebe dost
dlouho a nesloučí se. Ale dostanou-li "šťouchnutí", můžou překonat
počáteční ostych. Úplně na začátku se roztrhnou se vazby H-H a O=O, úplně
nakonec se "přeorientují" na vazby O-H ve vodě. Při tomto sloučení se
vybaví tolik energie, že to případně stačí "rozehřát ke slučování"
(=natrhat) i další molekuly. Je-li těch nových, které se roztrhaly, víc než
těch, které se sloučily a tím jim dodaly energii, nastává klasická řetězová
reakce, tedy výbuch. Je-li jich míň, tak slučování zanikne, utichne. Je-li
tedy např. příliš málo O2 v množství H2, pak se sice rozehřeje O2, ale nemá
vedle sebe H2, se kterým by se sloučil a tím uvolnil energii pro
"rozehřátí" dalších párů O2 a H2, a vcelku se řetězová reakce nekoná. Jak
vysoká je potřebná koncentrace H2 v O2 anebo naopak O2 v H2 - to je otázka
spíše z praktické chemie.
Toto bylo jen velmi hrubé přiblížení. Děj probíhá s mnoha
mezistupněmi, kdy se např. molekula dostane do excitovaného stavu (s vyšší
vnitřní energií, ale případně i bez roztržení vazby), nebo se vazba O=O
natrhne na -O-O-, nebo se změní nalepením vodíku na radikály typu H-O-O-,
které se vzápětí nalepí na další molekuly H2, aby je to potrhalo a dalo
vznik dalším radikálům atd.atd. Každá z těchto dílčích reakcí má svou
energiovou bilanci a je vázána na předchozí reakce (vedoucí ke vzniku
výchozích složek pro uvažovanou reakci). Je to tedy nikokli přímočará
reakce, ale celá složitá struktura možných přeměn. I proto mj. ve výsledné
směsi ani v ideálních podmínkách není jen H2O, ale i stopy H2O2, O3 apod. v
závislosti na reakčních podmínkách.
Konkrétní minimální koncentrace vám sdělí buď
chemici-experimentátoři, nebo specialisté z chemické kinetiky na tuto
reakci - anebo bezpečnostní technici, stanovující maximální bezpečné
koncentrace hořlavých plynů.
2) Při elektrolýze H2O vznikají samozřejmě H i O ve stechiometrickém poměru
(a slučují se na H2 a O2). Ovšem pozor, rozpustnost obou plynů není stejná,
takže opravdové bublinky po smíchání nemají poměr 2:1, jak by plynulo ze
stechiometrie.
3) I v plynném stavu může být H2O2, O3, radikály apod., ovšem s
pravděpodobností exponenciálně klesající s nadbytečnou energií, kterou
mají.
Dotaz: Můžete mi zdůvodnit, proč na ptáky nepůsobi tak velká gravitační síla
jako na lidi? (Ewa Rylko)
Odpověď: Ona je ta gravitační síla na Zemi jednoduše konstanta x hmotnost a anžto
ptáci nejsou obvykle tak tlustí jako lidé (tj. obsahují menší množství
materiálu, mají menší hmotnost), tak na ně působí menší gravitační síla.
