Znanstvenici su stvorili i jače magnetske sile, ali takvi magneti često eksplodiraju tijekom upotrebe.
Magnetsko polje nije rijetka pojava, susrećemo ga već u djetinjstvu, kada otkrijemo da magneti privlače metal ili da igla kompasa uvijek pokazuje prema sjeveru. U pozadini tog jednostavnog trika krije se duboka veza između magnetizma i elektriciteta, dviju manifestacija iste sile koja upravlja ponašanjem elektrona.
Svaki elektron u materiji djeluje poput sićušnog magneta, no u većini se tvari njihovi učinci međusobno poništavaju. U materijalima poput željeza, nikla i kobalta spinovi elektrona mogu se uskladiti u istom smjeru, stvarajući stabilno magnetsko polje s jasno izraženim sjevernim i južnim polom.
Zemlja također ima vlastito magnetsko polje, koje nastaje kretanjem užarenog željeza i nikla u vanjskoj jezgri planeta. Taj proces naziva se geodinamo i odgovoran je za stvaranje magnetskih linija koje obavijaju naš planet.
Mjerenje Zemljinog magnetskog polja
“Smjer magnetskog polja opisuju deklinacija (D) i inklinacija (I), izražene u stupnjevima, deklinacija pozitivno prema istoku, a inklinacija prema dolje. Ukupna jakost polja (F) određuje se prema njegovim komponentama: horizontalnoj (H), vertikalnoj (Z) te sjevernoj (X) i istočnoj (Y) komponenti horizontalne jakosti”, navodi američka Nacionalna uprava za oceane i atmosferu (NOAA).
Te se vrijednosti mogu izražavati u jedinici gaus, no češće se navode u nanoTeslama (nT), pri čemu vrijedi da 100.000 nT čini jedan gaus. Jakost Zemljinog magnetskog polja kreće se između 25.000 i 65.000 nT, odnosno između 0,25 i 0,65 gausa. Drugim riječima, magnetsko polje koje osjećamo na površini Zemlje vrlo je slabo,otprilike dvjestotinjak puta slabije od običnog magneta na hladnjaku.
NASA pojašnjava da jedan tesla označava broj magnetskih linija koje prolaze kroz površinu od jednog kvadratnog metra. NanoTesla, tisuću puta manja jedinica, opisuje istu vrijednost podijeljenu s milijardu. Na kartama magnetskog polja te brojke djeluju dramatično, no u stvarnosti su iznimno male.
Jače polje u dubini planeta
Prema procjenama, jakost magnetskog polja raste što se približavamo Zemljinoj jezgri. Na dubinama blizu vanjske jezgre doseže oko 2,5 militesla, odnosno približno 25 gaussa, stotinjak puta više nego na površini.
Ipak, najjača magnetska polja na Zemlji ne nalazimo u prirodi, nego u laboratorijima. Ljudi su uspjeli proizvesti umjetne magnete koji višestruko nadmašuju sve prirodne izvore magnetizma.
Najjači magnet na svijetu
Najjača kontrolirana magnetska polja danas proizvodi Nacionalni magnetski laboratorij (MagLab) na Floridi. Njihov magnet u odjelu za pulsna polja doseže snagu od 100 tesla. Kako bi se spriječilo pregrijavanje pri prolasku goleme električne struje, sustav se hladi na -198,15 °C.
“Ovaj magnet napajaju četiri odvojena električna kruga”, navode iz MagLaba. “Tri čine vanjski dio magneta koji pokreće generator snage 1,4 gigavata, dok unutarnji dio napaja kondenzatorska banka od 2 megadžula. U sadašnjoj konfiguraciji vanjski magnet doseže 37 tesla, a unutarnji 53 tesla. Kada sustav dosegne punih 100 tesla, vanjski će stvarati između 40 i 44 tesla, a unutarnji između 55 i 60 tesla.”
Za usporedbu, magnet u auto-otpadu koji podiže automobile ima jačinu od otprilike 1 tesla. MagLabov magnet stoga je oko stotinu puta snažniji, i službeno najjači koji se može stabilno koristiti.
Kada znanost doslovno eksplodira
Postoje i jači magneti, no oni izdrže tek djelić sekunde prije nego što eksplodiraju pod vlastitim silama. “Problem je u tome što konstrukcija ne može podnijeti naprezanje koje stvara tako snažno polje,” objašnjavaju iz MagLaba.
Godine 2018. japanski su fizičari stvorili najjače zatvoreno magnetsko polje u laboratoriju – 1.200 tesla – no njihov se uređaj odmah raspao. Rekord ipak drži eksperiment iz Rusije iz 2001., kada je polje doseglo čak 2.800 tesla i pritom uništilo svu opremu.
Zašto stvarati tako ekstremna polja? Prema fizičaru Shojiru Takeyami sa Sveučilišta u Tokiju, magnetska polja veća od 1.000 tesla omogućuju promatranje elektrona izvan okruženja materijala u kojem se inače nalaze. “Tako možemo proučavati njihovo ponašanje u potpuno novom kontekstu i razvijati nove vrste elektroničkih uređaja,” objasnio je Takeyama. “Ovakva istraživanja mogla bi biti korisna i za razvoj fuzijskih reaktora.”
Na granici gdje se znanost susreće s fizičkim ograničenjima materijala, magnetska polja od nekoliko tisuća tesla otvaraju put prema novom razumijevanju elektrona, materije i energije, ali po cijenu laboratorija koji ne prežive vlastite eksperimente.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
