Pole - gravitační, elektrické a magnetické

Žijeme ve vesmíru, který je vyplněn nezničitelnou hmotou s vlastnostmi, které jsme schopni pozorovat a měřit. Až do 20. století byla hmota dělena na částice, tvořící látky s vlastní hmotností, a pole, jakožto forma hmoty s odlišnými vlastnosti, než mají částice. S objevy v jaderné fyzice a kvantovou mechanikou byl starý koncept nahrazen novým. Hmota je tvořená z částic dvou druhů – fermionů a bosonů. Fyzikální pole je jen pozorovaný důsledek působení bosonů. Látky jsou tvořeny fermiony.

(nahoru)

1. Fyzikální pole

Fyzikální pole je oblast prostoru, která působí na látky, které mají schopnost s daným polem interagovat, vyměňovat si bosony daného pole. Fyzikální pole má své vlastnosti, které se projevují jako působení sil. Fyzika rozlišuje několik fyzikálních polí. Mezi základní patří pole gravitační, elektrické a magnetické. Jako zajímavost můžeme uvést i pole Higgsovo, které způsobuje hmotnost elementárních částic. Bosonem pole je Higgsův boson, který byl s vysokou pravděpodobností v létě 2012 nalezen na urychlovači částic LHC v Cernu.

Obr.: Urychlovač částic LHC v Cernu

Schopnost pole vytvářet částicím hmotnost si můžeme přiblížit jako posun bedny po povrchu. Když bude povrch hladký, bude mezi bednou a povrchem jen malé tření, nebudeme muset vynaložit skoro žádnou sílu na tlačení, bedna se nám bude jevit lehká. Když narazíme na hrubší povrch, vzroste tření a my budeme muset vynaložit větší sílu, abychom bednu tlačili, bedna jakoby "ztěžkne". Podle toho, jak náročné je pro danou elementární částici prodírat se Higgsovým polem, těžkně a získává tak svou hmotnost.

 

Obr.: Grafická vizualizace srážky částic v urychlovači

(nahoru)

2. Gravitační pole

Gravitační pole působí na všechny hmotné částice. Bosonem gravitačního pole je dosud neobjevený graviton. Projevem pole je gravitační síla. Například gravitační síla způsobuje, že planety a kosmická tělesa ve Sluneční soustavě obíhají okolo Slunce. Albert Einstein o několik století později popsal gravitaci jako důsledek zakřivení prostoru, jež je způsobeno hmotností, která se v daném místě nachází.

Obr.: Vizualizace zakřivení časoprostoru okolo hmotného tělesa (Země) zapřičiňující její gravitační působení na ostatní vesmírná tělesa

(nahoru)

3. Elektrické pole

Elektrické pole vzniká kolem částic s nábojem. Projevem pole je elektrická síla, která přitahuje částice opačného náboje a odpuzuje stejně nabité částice. Vlastnosti látek, které se projeví po vložení látky do elektrického pole, nazýváme vlastnostmi elektrickými. Nejznámější elektrickou vlastností je elektrická vodivost, která je způsobena uspořádaným pohybem elektronů. Dochází ke vzniku elektrického proudu.

Elektrický dipólový moment je veličina, která charakterizuje rozložení elektrického náboje v molekule. Podle hodnoty dipólového momentu rozlišujeme látky polární (mají nenulovou hodnotu dipólového momentu) a látky nepolární (mají nulový dipólový moment). Dipólový moment ovlivňuje rozpustnost látek v rozpouštědlech, polární látky se rozpouštějí v polárním rozpouštědle a opačně. Rozpustnost souvisí se schopností interakce dipólových momentů rozpouštěné látky s rozpouštědlem. Nejznámějším polárním rozpouštědlem je voda, mezi nepolární rozpouštědla patří některé organické sloučeniny jako cyklohexan nebo toluen.

(nahoru)

4. Magnetické pole

Zdrojem magnetického pole je pohybující se elektrický náboj. V magnetickém poli působí magnetická síla, která přitahuje rozdílné magnetické póly, shodné póly se odpuzují. Vlastnosti látek, které se projeví po vložení látky do magnetického pole, nazýváme vlastnostmi magnetickými. Záporně nabitý elektron, který obíhá atomové jádro, vytváří kolem sebe magnetické pole, a tak získá magnetický moment. Sečteme-li všechny magnetické momenty v molekule, dostaneme celkový magnetický moment. Látky s nenulovým magnetickým momentem jsou feromagnetika nebo paramagnetika (rozdíl je daný mikroskopickou strukturou), diamagnetika jsou látky s nulovým magnetickým momentem.

Tab.: Přehled vlastností a příkladů látek feromagnetických, paramagnetických a diamagnetických

Obr.: Magnetické siločáry vzniknou přiložením magnetu k železným pilinám (železo je feromagnetická látka) a vyobrazují magnetické pole v okolí magnetu. Kompasová střelka směřuje v okolí magnetu vždy k jižnímu magnetickému poli ve směru magnetických siločar.