Síla neodymu
14. 11. 2007
Všichni známe běžné magnety, kterými si například připevňujeme vzkazy na dvířka ledniček. Někdy je však zapotřebí využít mnohem silnějších magnetů – a těmi jsou slitiny, které obsahují neodym, prvek ze skupiny vzácných zemin. Struktura toho materiálu je podobná struktuře skla – také se mu někdy říká kovové sklo – a má také neobyčejné vlastnosti. I Michael je využije při výlovu jistého předmětu z neobvyklého místa.
Filip: Nazdar Michaele, co je? Co se stalo?
Michael: Potřebuji magnet. Ale silný.
I need a magnet. A strong magnet!
Filip: Prosím tě, na co potřebuješ magnet?
Michael: No, já mám průšvih. Já prostě to potřebuji, jo …
Well, I’ve got a big problem. I simply need it, OK?
Filip: Tak pojď se mnou za docentem Drozdem. On ti pomůže. Pojď.
Michael: Pomůže mi?
Will he help me?
Filip: No samozřejmě. Pojď. Myslím, že musíme támhle tudy.
Michael: Podařilo se nám sehnat obyčejný – a bohužel slabý – magnet. Ale slyšel jsem, že máte něco silnějšího.
We succeeded in getting a common, but unfortunately weak, magnet. However I have heard that you have something rather stronger.
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: No, tady to skutečně za moc nestojí, Michaele. To já tady mám lepší magnety. Jsou to takové pořádné magnety. Ukaž ruku …
Michael: Jé … A z čeho to je, že to je tak silné? Chtěl bych vědět více.
Wow…And what is it made from, that it is so strong? I would like to know more.
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Tady ta slitina obsahuje neodym. Neodym – to je vzácná zemina, která slitině propůjčuje vynikající magnetické vlastnosti. Struktura toho materiálu je podobná struktuře skla. Také se tomu někdy říká kovové sklo.
Michael: A můžete nám ukázat ty speciální, nádherný vlastnosti?
And can you show us these special, wonderful properties?
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Samozřejmě můžu. Ale tyto magnety se nám k tomu příliš hodit nebudou. Takže já vezmu menší magnet, který mám v této krabičce. Mám tam nejen tento neodymový magnet, ale také hliníkový váleček, který má zhruba stejné rozměry. A zkusíme tady ta dvě tělesa postupně hodit do měděné trubky. Vidíme, že magnet a trubka se nepřitahují. Taky měď není feromagnetická látka. Zkusíme nejprve hliníkový váleček. Takže budeme chytat …
Michael: Spadlo to rychle.
It fell down quickly.
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Myslím, že na tom nebylo nic divného. Padalo to tak, jak člověk čeká. A co, když tam hodíme neodymový magnet?
Michael: Jak je možné, že to padá tak pomalu?
How is it possible that it falls down so slowly?
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Teprve teď vypadl. No, je to proto, že při pohybu magnetu trubkou se v trubce indukují takzvané vířivé proudy. A ty vytvářejí magnetické pole, takže vlastně ten kousek trubky se stává magnetem, který ten magnet brzdí. A magnet proto padá trubkou pomalu.
Michael: Aha. A co kdybychom nahradili trubičku takovou plochou?
Aha. And what if we were to replace the pipe with this metal strip?
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: To by docela určitě šlo. Můžeme to vyzkoušet. Takže do toho.
Michael: Aha, tak hliník byl rychlý.
So the aluminium was quick.
A (neodym) pomalý… Vlastně stejný efekt.
And it slides slowly. Indeed, the same effect as before.
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Ano, úplně stejný efekt. Ono se to dokonce v praxi využívá. To si můžeme za chviličku ukázat takovou jednoduchou pomůckou.
Michael: Moc hezký…
Very nice…
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Tady máme model indukční brzdy. Můžeš to podržet, Michaele?
Michael: Jistě, podržím rád.
Of course, with pleasure.
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Zde jsou akumulátory, reostat a elektromagnet. A tady v prostoru mezi pólovými nástavci elektromagnetu se bude otáčet kotouč indukční brzdy.
Michael: Aha, takže když přidáme větší proud, brzdí to víc?
Aha, so if we increase the current, it breaks more efficiently?
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Ano, protože se budou indukovat větší vířivé proudy. A když ubereme proud, budou proudy menší a brzda bude méně brzdit.
Michael: Tak to zkusíme?
Shall we try?
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Pojďme na to.
Michael: Je to mezi magnety?
Is it between the magnets?
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Tak a teď brzdu přibrzdíme velkým polem … Odbrzdíme … Přibrzdíme … a odbrzdíme …
Michael: No, ten efekt byl hezký. Hezky to fungovalo.
Nice effect! It worked nicely.
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Na tomto principu brzdí tramvaje. Je to totiž velmi šetrné. Nedochází k otírání jednotlivých součásti o sebe. Je to bezkontaktní brzda.
Michael: Aha, výborné!
I see. Excellent!
Doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D., katedra didaktiky fyziky, MFF UK: Poslední pokus, který si ukážeme, bude opět pokus se silným neodymovým magnetem. A tentokrát si předvedeme, že každá látka nějak reaguje na magnetické pole. Tady v té zkumavce je modrá skalice. Je to takzvaná paramagnetická látka. Ve druhé zkumavce je voda – látka diamagnetická. Teď uvidíme, že diamagnetická látka je magnetem odpuzována. Teď zkumavka couvá od magnetu pryč. Zkusíme to ještě z druhé strany. Diamagnetismus je velmi slabý efekt. Proto zkumavka couvá velmi neochotně, ale přece jen se mi podařilo rozhýbat ji na druhou stranu. Paramagnetismus modré skalice se projeví tak, že modrá skalice bude přitahována k magnetu. A ještě na druhou stranu. Paramagnetická látka je magnetem přitahována.
Michael: Totiž všechny diamagnetické látky, jako je voda, mají veškeré elektrony v páru. To je vlastně stejné jako manželský pár. Úplně happy, šťastný, spokojený. Zvyklý jeden na druhého. A tím pádem nechce mít moc společného s magnetickým polem. Maximálně to trošku odpuzuje.
That is to say, that all diamagnetic compounds, including water, have all of their electrons paired. In fact it’s the same as a married couple. Completely happy, satisfied. Familiar with each other. And hence they do not feel the need to interact too strongly with a magnetic field. At the most they slightly repel the field.
Ale naopak, všechny paramagnetické látky mají alespoň jeden z elektronů nepárový. Znamená to, že reagují s magnetickým polem tak, že je přitáhnou k sobě. Stejně jako svobodný kluk přitahuje svobodný holky.
On the contrary all paramagnetic compounds have at least one of their electrons unpaired. This causes an attraction to a magnetic field. The same way as a single guy attracts a single girl.
Michael: No, a teď konečně vyřeším můj průšvih magnetem. Naštěstí – ještě tam byly.
Yes, and now I can finally resolve my trouble using this magnet … Fortunately – they still were there.
Autor: Vladimír Kunz