Magnetické držiaky bitov – ako fungujú?

Princíp fungovania magnetu nie je úplne jednoduchý na pochopenie – najmä keď sme za mladi na hodinách fyziky rozmýšľali o niečom úplne inom, ako o magnetoch. V tomto článku sa pokúsime zmeniť túto zahmlenú mágiu na jasné spoznanie jej tajomstva.

Magnety sú základom reproduktorov, mikrofónov, slúchadiel, súčasťou pevných diskov počítačov, CD a DVD mechaniky, magnetické zámky sú v pračkách alebo mikrovlnkách, možno práve na Vašom smartfóne alebo tablete sú magnetické puzdrá, vlakové systémy často používajú magnetické brzdy, magnety umožňujú dvíhanie a manipuláciu s ťažkými kovovými predmetmi, v medicíne sa používa magnetická rezonancia, k dispozícii sú detské magnetické hračky, magnetické tabule na uchytenie obrázkov a písomných poznámok, kompas funguje vďaka magnetizmu Zeme a dokonca aj niektoré vtáky alebo ryby majú v tele prirodzené magnetické častice, ktoré im pomáhajú v orientácii.

Severný pól a skrutkovanie – ako to súvisí?

V každodennom živote si neuvedomujeme, ako často a kde všade sa vyskytujú okolo nás magnety, ešte viac je však takých materiálov (predmetov), ktoré sú schopné stať sa magnetom, aj keď iba dočasným.

Magnetka (zmagnetizovaný oceľový plech v tvare pretiahnutého kosoštvorca) zavesená vodorovne na tenkom vlákne alebo opretá na jemnom hrote v ťažisku sa sama otočí tak, že jeden koniec smeruje k severu a druhý k juhu. Iste viete, že ide o súčasť kompasu (obr. 1) – používali ho číňania už 3000 rokov pred naším letopočtom.

Kompas ukazuje stále jedným smerom, pretože Zem si môžeme predstaviť aj ako veľký magnet. Magnetické póly Zeme nie sú totožné so zemepisnými - na severnom zemepisnom póle je južný magnetický pól a naopak.

Obr. 1. Kompas s magnetkou

Obr. 2. Dva tyčové magnety: rovnaké póly sa odpudzujú (A),
rôzne priťahujú (B)

Magnetka je v podstate tyčový magnet. Každý tyčový magnet má dva póly – kladný (severný, označuje sa N a červenou farbou) a záporný (južný, označuje sa S). Ľahko sa presvedčíme, že dva rovnaké póly sa odpudzujú a dva rôzne priťahujú. Stačí na to jednoduchý školský pokus s dvoma tyčovými magnetmi zavesenými v ťažisku (obr. 2). A tu je aj vysvetlenie, prečo na severnom zemepisnom póle je južný magnetický pól: magnetka ukazuje na sever svojim severným pólom, pretože ju priťahuje južný magnetický pól.

Magnet v svojom okolí pôsobí na iné magnety a aj okolité predmety magnetickými silami. V priestore okolo magnetu je magnetické pole s určitou intenzitou – tá závisí nielen od „sily“ magnetu, ale aj od jeho vzdialenosti od okolitých predmetov. Toto pole pôsobí v okolí magnetu vždy, avšak nemá na všetky materiály rovnaký vplyv a na niektoré nemá vplyv vôbec. Viete si predstaviť zmagnetizované drevo alebo plasty?

To znamená, že látky (materiály) v blízkosti magnetu majú rôzne magnetické vlastnosti. Niektoré intenzitu okolitého magnetického poľa „tlmia“ a niektoré ho znásobujú. To, koľkokrát je magnetická indukcia v hmote väčšia ako intenzita magnetického poľa, určuje tzv. permeabilita.

Diamagnetické látky majú permeabilitu < 1, to znamená, že zoslabujú magnetické pole (zlato, meď, ortuť...). Paramagnetické látky iba mierne zosilňujú magnetické pole, ich permeabilita je o trochu vyššia ako 1, ale tieto látky nie je možné trvale zmagnetizovať (hliník, draslík, sodík...).

Najzaujímavejšie z tohto pohľadu sú feromagnetické látky, patria k nim tri prvky: železo, kobalt a nikel, prípadne ich zliatiny. Ich permeabilita dosahuje hodnôt rádovo v tisícoch, napríklad mäkké železo zosilňuje magnetické pole až 10.000-násobne. Čiže pôsobením aj malého magnetického poľa dochádza k takému usporiadaniu atómov, že sa magnetické pole zosilní. Dochádza k magnetizácii a magnetické vlastnosti v takejto látke zostávajú, aj keď pôsobenie vonkajšieho poľa zanikne.

Permeabilita ocele sa pohybuje v závislosti od jej zloženia v rozmedzí od 300 do 8.000. A pretože pracovné časti skrutkovačov alebo samotné bity sú z ocele, bude ich možné ľahko magnetizovať.

Čo je zmagnetizovanie

V kľudovom stave sú vo feromagnetických materiáloch, napríklad v skrutkovacom bite, atómy usporiadané chaoticky (obr. 3 A). Fungujú síce ako malé magnety, ale ich vzájomné usporiadanie je neutrálne a nejavia žiadne známky magnetizmu, nepriťahujú a ani neodpudzujú okolité feromagnetické predmety. Teda nepriťahujú ani neodpudzujú okolité skrutky ani žiadne iné skrutkovacie bity.

Sú zoskupené do domén, pričom každá doména je skupina malých magnetov (obr. 3 B). V rámci domén sú všetky tieto atómy (niekedy sa z pohľadu magnetizmu nazývajú magnetické dipóly) usporiadané v jednom smere, ale magnety rôznych domén smerujú rôznymi smermi a preto takýto skrutkovací bit navonok nepôsobí ako magnet – je magneticky neutrálny. Pozorné oko si všimne, že na obr. 3 B sú dipóly na tých istých miestach a tak isto orientované ako na obr. 3 A, ale ohraničené v doménach.

Obr. 3. Magneticky neutrálna orientácia dipólov (A) a ich usporiadanie v doménach (B)

Obr. 4. Magnetizácia bitu (A) a vojaci na prehliadke (B)

Pri priblížení permanentného magnetu s dostatočne intenzívnym magnetickým poľom sa však situácia v orientácii dipólov okamžite mení. Všetky dipóly vo všetkých doménach skrutkovacieho bitu sa zoradia rovnakým smerom (obr. 4 A). Aby sme boli presní: rovnakým smerom, ako určujú siločiary magnetického poľa.

Celý proces magnetizácie si môžeme zjednodušene predstaviť aj ako vojakov, ktorí na nástupe síce stoja na svojich miestach, ale pozerajú sa rôznymi smermi.

Na veliteľov povel „Pozor! Vpravo hľaď!“ sa hlava každého vojaka otočí prikázaným smerom. Keď ste niekedy videli vojenské prehliadky, bude Vám to hneď jasné (obr. 4 B).

Rozdiel medzi vojakmi a magnetickými dipólmi je v tom, že keď veliteľ dá povel „Pohov!“, vojaci sa zase budú pozerať rôznymi smermi, avšak magnetické dipóly zostávajú vo svojej polohe aj po zrušení magnetického poľa. Odborne sa tomuto stavu hovorí remanentný magnetizmus – bit po zmagnetizovaní zostane naďalej magnetom. Samozrejme, nie navždy. V závislosti od zloženia materiálu bitu sa po rôzne dlhom čase jeho magnetické vlastnosti postupne strácajú a je potrebné permanentným magnetom znova zmagnetizovať.

V našom produktovom portfóliu je niekoľko jednoduchých produktov so silným permanentným magnetom. Patria medzi ne napríklad niektoré držiaky bitov. Sú určené na uľahčenie a urýchlenie výmeny bitov pri skrutkovaní.

Systémov pre spoľahlivé udržanie bitu v držiaku je niekoľko, permanentný magnet je iba jedným z nich. Držiaky bitov s permanentným magnetom sú veľmi populárne najmä vďaka jednoduchej a štíhlej konštrukcii (obr. 5) v mieste uchytenia bitu. Máme ich k dispozícii v niekoľkých variantoch, všetky sú kompatibilné s bežnými ¼“ (6,35mm) skrutkovacími nástavcami – bitmi.

Prvým (obr. 5 A) je ručný, úderom odolný skrutkovač s magnetom HERMAN SB-85 TOP-LINE. Nasleduje držiak bitov štandardného prevedenia (obr. 5 B) s typovým označením HERMAN SB-80 (dostupný v dĺžkach 60mm a 150mm). Pomerne málo známou špecialitou je HERMAN DC-81 so stopkou SDS-plus (obr. 5 C). Ak máte elektropneumatické kladivo SDS-plus s možnosťou vypnutia príklepu a s reguláciou otáčok, môžete ho v prípade potreby použiť aj ako skrutkovač. Držiak HERMAN SB-90 (obr. 5 D) má tzv. torznú zónu, je teda vhodný aj pre rázové skrutkovače – pravda, ak máte k dispozícii vhodné bity pre rázové uťahovanie. Permanentné magnety nájdete aj v našich nástrčných kľúčoch rady HERMAN SW-10 (obr. 5 E). Táto šikovná pomôcka je dodávaná v rozmeroch 8-10-12-13-17 so ¼“ stopkou ako bity a magnet slúži na to, aby Vám matica alebo skrutka so šesťhrannou hlavou nevypadla.

Obr. 5. Magnetické držiaky bitov a skrutkovač s magnetom

Posledným súčasným produktom je inovatívny magnetický držiak bitov HERMAN SB-85 Push (obr. 5 F) s guľôčkou v drieku. Ako pracuje a v čom sú jeho výhody, sa dozviete v ďalšom článku.

Záver

Téma magnetizácia týmto článkom nekončí, ale začína – cieľom bolo vniesť „svetlo“ do tejto dodnes nie dokonale preskúmanej problematiky. Napríklad moderné motory bezkefových elektrických ručných náradí, ktorým budeme tohto roku venovať značnú pozornosť, majú rotor z permanentného magnetu a ich činnosť je podstatne zložitejšia ako princíp činnosti držiaku bitov.

A nezabudnite, že keď magnetický držiak alebo zmagnetizovaný bit hodíte do krabičky so skrutkami, najbližšie z nich sa taktiež zmagnetizujú. To pri bežných prácach nemusí byť žiadnou prekážkou, ale treba si to aspoň uvedomiť – niekedy to totiž vadí, dokonca to môže spôsobiť vážne škody - ale o tom sa dozviete v niektorom z ďalších článkov.

Kľúčové slová: magnet, magnetické pole, magnetizmus, skrutkovacie bity, permeabilita, skrutkovanie

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN
Dobrovolný, Bohumil: Příruční slovník vědy a techniky
Losenický – Urbánek: Elektřina, magnetizmus, optika, atomová fyzika
Dobrovolný, Bohumil: Technická fysika

Ing. Herman Nagypál

Vyštudoval som vojenskú školu, odbor letecká elektrotechnika. S náradím a nástrojmi som sa naučil pracovať už v detstve s otcom na stavbe rodinného domu. Každý náš nový produkt testujem aj osobne - vlastnými rukami vo svojej dobre vybavenej dielni. Vo voľnom čase sa rád preháňam na motorke po rumunských horských priesmykoch. Okrem toho študujem trendy v odbore a rád si vyskúšam aj konkurenčné produkty. Nad niektorými sa pousmejem, nad niektorými sa čudujem (že sa niekto dal nachytať a kúpil to) a niektoré sú fakt dobré. Skoro ako naše 😊.