Новости почему магнит притягивает железо

Почему металлические опилки, притянувшиеся к одному полюсу магнита, расходятся своими концами? Почему постоянный магнит притягивает железо? У железа и похожих на него металлов есть особенная черта — связь между соседними атомами такова, что они чувствуют магнитное поле скоординированно. Почему магнит притягивает железо. Магнитом является тело, которое обладает собственным магнитным полем.

Почему магнит притягивает железо? Магнит.

Если бы физические свойства железа позволяли бы магниту проникнуть в тело железа без сопротивления, то магнит остановился бы в точке равновесия действующих сил. В этой статье мы разберемся, что такое магнит, как он работает и почему притягивает именно железо. Особенность железа в том, что в магнитном поле внешние электроны его атомов ориентируются определенным образом.

Магнит и магнитное поле: почему притягивается только металл? .

В статье расскажем, работает ли поисковый магнит на золото и серебро, как он устроен и действительно ли притягивает драгметаллы. Корабли не разваливались, но магнит притягивает железо. Расстояние между магнитом и притягиваемым объектом влияет на силу притяжения: сила ослабевает с увеличением расстояния.

Магнит железо почему притягивает металл

Почти понятно о магнетизме… тайная сила камня магнита

притягивать, «любить» железо. Поля двух магнитов вблизи могут взаимодействовать между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов. Магнит может притягивать: железо, чугун, сталь, никель.

Расплавленное железо против магнита: увлекательный эксперимент

Очевидно, что не все магниты состоят из одних и тех же веществ, и поэтому их можно разделить на разные классы в зависимости от их состава и источника магнетизма. Ниже приведен подробный список трех основных типов магнитов с указанием их свойств, прочности, а также промышленного и непромышленного применения. Постоянные магниты После намагничивания постоянные магниты могут сохранять магнетизм в течение продолжительного времени. Они сделаны из материалов, которые могут намагничиваться и создают собственное постоянное магнитное поле. Обычно постоянные магниты изготавливаются из четырех различных типов материалов: I Ферритовые магниты Стек ферритовых магнитов Изображение предоставлено: Викимедиа Ферритовые магниты также называемые керамическими магнитами являются электроизоляционными. Они темно-серого цвета и выглядят как карандашный грифель. Ферриты обычно представляют собой ферромагнитные керамические соединения, получаемые путем смешивания больших количеств оксида железа с металлическими элементами, такими как марганец, барий, цинк и никель. Некоторые ферриты имеют кристаллическую структуру, например ферриты стронция и бария. Они довольно популярны благодаря своей природе: они не подвержены коррозии и, следовательно, используются для продления жизненного цикла многих продуктов. Ферритовые магниты могут использоваться в чрезвычайно жарких условиях до 300 градусов Цельсия , и стоимость изготовления таких магнитов также низкая, особенно если они производятся в больших объемах.

Они могут быть далее подразделены на «твердые», «полужесткие» или «мягкие» ферриты, в зависимости от их магнитных свойств. Поскольку твердые ферриты трудно размагничивать, они обладают высокой коэрцитивной силой. Они используются для изготовления магнитов, например небольших электродвигателей и громкоговорителей. Мягкие ферриты, с другой стороны, имеют низкую коэрцитивную силу и используются для изготовления электронных индукторов, трансформаторов и различных микроволновых компонентов. II магниты Алнико Магнит-подкова из алнико 5 Эта U-образная форма образует мощное магнитное поле между полюсами, позволяя магниту захватывать тяжелые ферромагнитные материалы. Магниты алнико состоят из алюминия Al , никеля Ni и кобальта Co , отсюда и название al-ni-co. Они часто включают титан и медь. В отличие от керамических магнитов, они являются электропроводящими и имеют высокие температуры плавления. Чтобы классифицировать их основываясь на их магнитных свойствах и химическом составе , Ассоциация производителей магнитных материалов присвоила им номера, такие как Alnico 3 или Alnico 7.

Алникос был самым сильным типом постоянных магнитов до развития редкоземельных магнитов в 1970-х годах. Известно, что они создают высокую напряженность магнитного поля на своих полюсах - до 0,15 Тесла, что в 3000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Сплавы Alnico могут сохранять свои магнитные свойства при высоких рабочих температурах, вплоть до 800 градусов Цельсия. Фактически, они являются единственными магнитами, которые имеют магнетизм при нагревании раскаленным докрасна. Эти магниты широко используются в бытовых и промышленных применениях: несколько примеров - это магнетронные трубки, датчики, микрофоны, электродвигатели, громкоговорители, электронные трубки, радары. III Редкоземельные магниты Как следует из названия, редкоземельные магниты изготавливаются из сплавов редкоземельных элементов. Это самый сильный тип постоянных магнитов, разработанный в 1970-х годах.

Почему магниты притягивают только определенные металлы? В металлах есть два типа электронов: связанные электроны и свободные электроны. Свободные электроны могут свободно перемещаться между атомами и являются причиной проводимости металлов. Связанные электроны прилипают к отдельным атомам.

Но все же большинство магнитов изготовляют искусственно. Как делают магниты Какая сила может заставить атомы построиться в стройную линию, чтобы получился один большой домен? Поместите стальную полосу в сильное магнитное поле. Постепенно один за другим все домены повернутся в направление приложенного магнитного поля. По мере поворота домены будут втягивать в это движение другие атомы, увеличиваясь в размерах, буквально разбухая. Потом одинаково ориентированные домены соединятся, и вот, пожалуйста, стальная полоса превратилась в магнит. Вы можете продемонстрировать это своим товарищам с помощью обыкновенного стального гвоздя. Положите гвоздь в магнитное поле большого подковообразного магнита. Подержите его там несколько минут, пока домены гвоздя не выстроятся в нужном направлении. Как только это произойдет, гвоздь ненадолго станет магнитом. С его помощью можно будет даже подбирать с пола упавшие булавки. Поделиться с друзьями Научный консультант редакции сайта «Как и Почему».

Однако тепловое движение атомов, их столкновения то и дело сбивают этот порядок, как при тряске стола с компасами, отчего их стрелки беспорядочно мельтешат, хотя в среднем больше стрелок, повёрнутых вдоль поля. Наконец, ферромагнетизм связан с постройкой вдоль поля осевых магнитных моментов атомных электронов рис. По мере увеличения внешнего поля B0 растёт его ориентирующее действие и собственное поле M ферромагнетика. Когда оси всех электронов установятся параллельно, намагниченность M перестанет расти — наступит насыщение рис. Эта кривая намагничивания ферромагнетика была открыта А. При снятии внешнего поля намагниченность не исчезает, а лишь снижается гистерезис , ибо намагниченный образец, создав сильное поле, уже сам поддерживает свою намагниченность. Так и создают "волшебные" камни-магниты, образованные элементарными магнитиками-электронами. В классике это казалось немыслимым: раз образующие ток электроны могут двигаться с любой скоростью и по любым орбитам, то и поток принимает любые значения. А в квантовой механике орбитальный момент импульса электронов меняется дискретно, отчего дискретно меняется и поток. И всё же опыт легко объясним классически, ведь магнитное поле сверхпроводника реально создаётся не током проводимости, так как рассечение сверхпроводящего кольца не меняет магнитного поля [ 15 ]. Скорее, по гипотезе, выдвинутой ещё в 1915 г. Томсоном и возрождённой В. Федюкиным [ 15 ], сверхпроводник генерирует поле так же, как магнит,— крутящимися электронами. Магнитное поле магнита создано параллельными магнитными моментами электронов. А раз их величина стандартна, то и общее магнитное поле, и поток этого поля меняется дискретно. Точнее, дискретно меняется число n электронов, у которых моменты не скомпенсированы встречными. Такой сверхпроводник напоминает антиферромагнетик, где магнитные моменты соседних электронов противоположны, отчего лишь малая часть нескомпенсированных моментов создаёт слабое остаточное поле, меняющееся дискретно рис. Всё это ещё раз доказывает сходство сверхпроводимости и ферромагнетизма. Поэтому в существовании высокотемпературных и керамических сверхпроводников отрицавшихся квантовой теорией до их создания не больше странного, чем в сильных керамических магнитах, работающих при комнатных температурах. Хотя есть вещества, становящиеся ферромагнетиками лишь при очень низких температурах, как сверхпроводники. Осталось выяснить, почему в магнитном поле моменты электронов и атомов ориентируются упорядоченно, порождая ферромагнетизм и другие явления. Полагали, что в классической теории такое невозможно: хотя внешнее магнитное поле и создаёт момент сил, стремящийся развернуть атом или электрон по полю, но за счёт вращения они прецессируют, словно волчок, вокруг направления магнитного поля. А в квантовой теории направление магнитного момента частиц квантуется,— моменты частиц направлены к внешнему полю лишь под строго заданными углами и скачком уменьшают этот угол. Но реально и классическая теория ведёт к установлению электронов и атомов вдоль поля, если учесть трение, от которого эти микромагниты сокращают размахи, как стрелки компаса, пока не установятся вдоль поля так же отклоняется под действием момента сил волчок, скажем в гирокомпасе. В итоге трение от столкновений атомов сокращает их колебания в поле, ориентируя их магнитные моменты вдоль внешнего поля, которое за счёт этого усиливается [ 12 ]. Для электронов это трение тоже вызвано столкновениями, но уже при испускании и поглощении потоков реонов, тормозящих качания, прецессию за счёт электродинамической необратимости, открытой Ритцем. Это так называемое радиационное трение, сопровождаемое излучением электромагнитных волн ускоренно движущимися, колеблющимися зарядами. Итак, в магнитном поле электрон или атом должен излучать электромагнитные волны на частоте своих качаний. Такое явление известно в форме магнитного резонанса, при котором электроны и атомы эффективно поглощают и испускают электромагнитное излучение на частоте собственных колебаний или прецессии ларморовской частоте. Излучение на этой частоте при колебаниях ведёт к потере энергии атомом и ослаблению колебаний, к постройке всех атомов, электронов вдоль поля и появлению общего магнитного момента у ферромагнетика при намагничивании. На этом основан принцип действия магнитных холодильников, отбирающих энергию у атомов и электронов, колеблющихся в магнитное поле. Впрочем, и без внешнего поля магнитные моменты электронов устанавливаются параллельно, образуя домены — области спонтанной намагниченности, предсказанные П. Вейссом и экспериментально открытые Н. Акуловым [ 12 ]. Каждый электрон своим магнитным полем вынуждает соседние электроны повернуться в том же направлении, а те, в свою очередь, вынуждают соседние. Так и возникают в металле участки с упорядоченной ориентацией магнитных моментов, что снова легко смоделировать с помощью однотипных магнитиков, магнитных стрелок, строящихся параллельно за счёт взаимодействия рис. Такие системы, цепочки магнитов ещё в XIX веке исследовали Остроградский и Риман, во многом предвосхитившие идеи Ритца. Внешнее поле лишь координирует, ориентирует домены, смещает их границы, наращивая домены с полем параллельным внешнему. Эта перестройка идёт скачками, так как электроны удерживает сильное внутриатомное поле, и внешнее поле не может их развернуть, а лишь чуть отклоняет. Поэтому после снятия поля электроны вновь строятся вдоль внутриатомного поля, отчего начальный участок кривой намагничивания возле точки O, рис. А в более высоких полях электроны, минимизируя энергию взаимодействия, начинают при тепловых колебаниях атомов и электронов перескакивать в атоме в новые положения, где внутриатомное поле образует меньший угол с внешним полем, что влечёт необратимые сдвиги и гистерезис намагниченности. Однако при слишком высокой температуре тепловые колебания, провоцируя перескоки электронов, лишь рассогласуют магнитные моменты атомов, как удары по столу с компасами сбивают их слаженную работу рис. В итоге домены и связанная с ними намагниченность исчезают: ферромагнетики выше критической температуры точки Кюри TK становится парамагнетиками. То же происходит с антиферромагнетиками выше точки Нееля. В кристаллах ферромагнетиков и антиферромагнетиков связь направлений магнитных моментов электронов и внутриатомного поля проявляется в анизотропии магнитных свойств, большой вклад в изучение которой внёс профессор МГУ Н. Акулов противник теории относительности и сторонник идей Ритца о реонах и структуре электрона [ 16 ]. Остовы атомов одинаково ориентированы в кристалле, отчего оси электронов могут быть выстроены лишь вдоль избранных осей, совпадающих с направлением внутриатомных магнитных полей. Связь направлений магнетизма и кристаллических осей проявляется и в явлении магнитострикции, когда ферромагнетики намагничиваются без внешнего поля, но лишь за счёт механического давления и пластических деформаций, меняющих направление осей кристаллов, металлических зёрен. Именно так постепенно намагничиваются ножи мясорубок, концы ножниц и отвёрток. Переход ферромагнетик-парамагнетик вместе с переходом сверхпроводник-проводник, сверхтекучий-нормальный гелий называют фазовым переходом второго рода, отличая от фазовых переходов первого рода плавление, кипение , где идёт выделение или поглощение тепла и скачком меняются свойства плотность, теплопроводность и т. Долгое время казалось, что у фазовых переходов второго рода всё иначе, и они идут без выделения скрытого тепла. На деле же и там выделяется теплота, связанная с уменьшением энергии взаимодействия атомов в ходе их упорядочивания, снижающего энтропию. Если при кристаллизации упорядочиваются положения, координаты атомов, то при переходе металла в ферромагнитное состояние упорядочиваются направления магнитных моментов атомов, что ведёт к снижению энергии их взаимодействия. По закону сохранения этот избыток энергии неизбежно выделяется в форме тепла такое тепловыделение есть и при намагничивании, где упорядочиваются магнитные моменты доменов, тоже снижая энергию взаимодействия. И тепло реально выделяется возле точки Кюри, но тепловыделение растянуто в широком температурном интервале. От выхода энергии, которую надо отводить, металл всё трудней охлаждать при подходе к точке Кюри, где переход идёт интенсивней всего. По сути, то же происходит при кристаллизации: несмотря на отвод тепла температура не меняется, словно теплоёмкость в точке кристаллизации бесконечно велика. Не зря сам Кюри, открыв переход парамагнетик-ферромагнетик, сравнивал парамагнитное состояние с газообразным, а ферромагнитное — с более упорядоченным жидким и кристаллическим. Переход металла в ферромагнитное состояние и образование в нём множества случайно ориентированных доменов аналогичен кристаллизации металла и образованию в нём случайно ориентированных зёрен-кристаллитов, где атомы расположены упорядоченно. Выходит, нет особой разницы между переходами 1-го и 2-го рода: разница лишь в ширине температурного интервала, где осуществляется переход и выделяется скрытая теплота. А фазовые переходы второго рода растянуты в более широком температурном интервале. Домены начинают возникать при температурах чуть выше точки Кюри, но таких областей мало, они невелики и недолговечны. Это напоминает формирование в охлаждаемом жидком металле зародышей кристаллов: малых участков с ближним атомным порядком, которые при подходе к точке плавления становятся всё крупней и многочисленней. Так и при подходе к точке Кюри, численность и размер доменов растёт, ведя к выделению тепла, воспринятому как рост теплоёмкости да и возле точки плавления открыт слабый рост теплоёмкости от микроучастков, где флуктуации уже вызвали фазовый переход. При температуре Кюри домены интенсивно формируются уже во всём объёме металла, бесконечно повышая теплоёмкость. Наконец, при охлаждении ниже точки Кюри остаются лишь редкие малые участки металла, где тепловое движение атомов местами особенно интенсивное ввиду флуктуаций мешает формированию доменов. Но при понижении температуры они становятся всё меньше по объёму и по числу: их упорядочение требует всё меньшего отвода тепла, понижая теплоёмкость.

Почему магнит притягивает железо? Разбираемся в причинах магнитного притяжения

Магниты — это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля. Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса. Постоянный или жесткий магнит постоянно создает сам свое магнитное поле. Электромагнит или мягкий магнит может создавать магнитные поля только в наличие магнитного поля и только на короткое время, пока находится в зоне действия того или иного магнитного поля.

Электромагниты создают магнитные поля только в том случае, когда через провод катушки проходит электричество. До недавнего времени, все магниты изготовлялись из металлических элементов или сплавов. Состав магнита и определял его мощность.

Например: Керамические магниты, подобны тем, что используются в холодильниках и для проведения примитивных экспериментов, содержат помимо керамических композиционных материалов также железную руду. Большинство керамических магнитов, также называемых железными магнитами, не обладают большой силой притягивания. Они мощнее керамических магнитов, но значительно слабее некоторых редких элементов.

Неодимовые магниты состоят из железа, бора и редко встречаемого в природе неодимового элемента. Магниты кобальта-самария включают кобальт и редко встречающиеся в природе элементы самария. За последние несколько лет ученые также обнаружили магнитные полимеры, или так называемые пластичные магниты.

Некоторые из них очень гибкие и пластичные. Однако, одни работают только при чрезвычайно низких температурах, а другие могут поднимать только очень легкие материалы, например, металлические опилки. Но чтобы обладать свойствами магнита, каждому из этих металлов нужна сила.

Создание магнитов Где-то в 12-ом веке люди обнаружили, что с помощью железняка можно намагничивать частицы железа — так люди создали компас. Также они заметили, что если постоянно проводить магнитом вдоль железной иглы, то происходит намагничивание иголки. Саму иголку тянет в северо-южном направлении.

Позже, известный ученый Уильям Гилберт объяснил, что движение намагниченной иглы в северо-южном направление происходит за счет того, что наша планета Земля очень напоминает огромный магнит с двумя полюсами — северным и южным полюсом. Стрелка компаса не настолько сильная как многие перманентные магниты, используемые в наше время. Но физический процесс, который намагничивает стрелки компаса и куски неодимового сплава, практически одинаков.

Все дело в микроскопических областях, называемых магнитными доменами, которые являются частью структуры ферромагнитных материалов, таких как железо, кобальт и никель. Каждый домен представляет собой крошечный, отдельный магнит с северным и южным полюсом. В ненамагниченных ферромагнитных материалах каждый из северных полюсов указывает в различные направления.

Магнитные домены, направленные в противоположных направлениях, уравновешивают друг друга, поэтому сам материал не производит магнитное поле. В магнитах, с другой стороны, практически все или, по крайней мере, большая часть магнитных доменов направлены в одну сторону. Вместо того, чтобы уравновешивать друг друга, микроскопические магнитные поля объединяются вместе, чтобы создать одно большое магнитное поле.

Чем больше доменов указывает в одном направление, тем сильнее магнитное поле. Магнитное поле каждого домена проходит от его северного полюса и до южного полюса. Это объясняет, почему, если разломить магнит напополам, получается два маленьких магнита с северными и южными полюсами.

Это также объясняет, почему противоположные полюса притягивают — силовые линии выходят из северного полюса одного магнита и проникают в южный полюс другого, в результате чего металлы притягиваются и получается один больший магнит. По такому же принципу происходит отталкивание — силовые линии двигаются в противоположных направлениях, и в результате такого столкновения магниты начинают отталкиваться друг от друга. Создание Магнитов — Поместить металл в сильное магнитное поле в северо-южном направлении.

Ученые предполагают, что два из этих методов объясняют то, как естественные магниты формируются в природе. Другие же ученые утверждают, что магнитный железняк становится магнитом только в том случае, когда его ударяет молния. Третьи же считают, что железняк в природе превратился в магнит еще в момент формирования Земли и сохранился до наших дней.

Наиболее распространенным способом изготовления магнитов на сегодняшний день считается процесс помещения металла в магнитное поле. Магнитное поле вращается вокруг данного объекта и начинает выравнивать все его домены. Однако в этот момент может возникнуть отставание в одном из этих связанных между собой процессов, что называется гистерезисом.

На то, чтобы заставить домены поменять свое направление в одну сторону, может уйти несколько минут. Вот что происходит во время этого процесса: Магнитные области начинают вращаться, выстраиваясь в линию вдоль северо-южной линии магнитного поля. Области, которые уже направлены в северо-южном направлении становятся больше, в то время как окружающие их области становятся меньше.

Стены домена, границы между соседними доменами, постепенно расширяются, за счет чего сам домен увеличивается. В очень сильном магнитном поле некоторые стены домена полностью исчезают. Получается, что мощность магнита зависит от количества силы, используемой для смены направления доменов.

Прочность магнитов зависит от того, насколько трудно было выровнять эти домены. Материалы, которые трудно намагнитить, сохраняют свой магнетизм в течение более длинных периодов, в то время как материалы, которые легко поддаются намагничиванию, обычно быстроразмагничиваются. Уменьшить силу магнита или размагнитить его полностью можно, если направить магнитное поле в противоположном направлении.

Размагнитить материал можно также, если нагреть его до точки Кюри, то есть температурной границы сегнетоэлектрического состояния, при которой материал начинает терять свой магнетизм. Высокая температура размагничивает материал и возбуждает магнитные частицы, нарушая равновесие магнитных доменов. Транспортировка магнитов Поэтому при транспортировке очень большие магниты помещают в специальные ящики или просто перевозят ферромагнитные материалы, из которых с помощью специального оборудования изготовляют магниты.

По сути дела, таким оборудованием является простой электромагнит. Почему магниты «липнут» друг к другу? Из занятий по физике Вам вероятно известно, что когда электрический ток проходит по проволоке, он создает магнитное поле.

В постоянных магнитах магнитное поле также создается за счет движения электрического заряда. Но магнитное поле в магнитах образуется не из-за движения тока по проводам, а за счет движения электронов. Многие люди считают, что электроны это крошечные частицы, которые вращаются вокруг ядра атома, словно планеты вращаются вокруг солнца.

Но как объясняют квантовые физики, движение электронов значительно сложнее этого. Во-первых, электроны заполняют раковинообразные орбитали атома, где они ведут себя и как частицы и как волны. Электроны имеют заряд и массу, а также могут двигаться в разных направлениях.

И хотя электроны атома не перемещаются на большие расстояния, такого движения достаточно для того, чтобы создать крошечное магнитное поле. И поскольку спаренные электроны двигаются в противоположных направлениях, их магнитные поля уравновешивают друг друга. В атомах ферромагнитных элементов, наоборот, электроны не спарены и двигаются в одном направление.

Например, у железа есть целых четыре несоединенных электрона, которые движутся в одну сторону. Поскольку у них нет сопротивляющихся полей, у этих электронов есть орбитальный магнитный момент. Магнитный момент — это вектор, который имеет свою величина и направленность.

В таких металлах как железо орбитальный магнитный момент заставляет соседние атомы выстраиваться вдоль северо-южных силовых линий. Железо, как и другие ферромагнитные материалы, имеют кристаллическую структуру. Когда они остывают после процесса литья, группы атомов с параллельной орбиты вращения выстраиваются в линию внутри кристаллической структуры.

Так образуются магнитные домены. Вы, возможно, заметили, что материалы, из которых получаются хорошие магниты, также способны притягивать сами магниты.

Также они заметили, что если постоянно проводить магнитом вдоль железной иглы, то происходит намагничивание иголки. Саму иголку тянет в северо-южном направлении. Позже, известный ученый Уильям Гилберт объяснил, что движение намагниченной иглы в северо-южном направление происходит за счет того, что наша планета Земля очень напоминает огромный магнит с двумя полюсами — северным и южным полюсом. Стрелка компаса не настолько сильная как многие перманентные магниты, используемые в наше время. Но физический процесс, который намагничивает стрелки компаса и куски неодимового сплава, практически одинаков.

Все дело в микроскопических областях, называемых магнитными доменами, которые являются частью структуры ферромагнитных материалов, таких как железо, кобальт и никель. Каждый домен представляет собой крошечный, отдельный магнит с северным и южным полюсом. В ненамагниченных ферромагнитных материалах каждый из северных полюсов указывает в различные направления. Магнитные домены, направленные в противоположных направлениях, уравновешивают друг друга, поэтому сам материал не производит магнитное поле. В магнитах, с другой стороны, практически все или, по крайней мере, большая часть магнитных доменов направлены в одну сторону. Вместо того, чтобы уравновешивать друг друга, микроскопические магнитные поля объединяются вместе, чтобы создать одно большое магнитное поле. Чем больше доменов указывает в одном направление, тем сильнее магнитное поле.

Магнитное поле каждого домена проходит от его северного полюса и до южного полюса. Это объясняет, почему, если разломить магнит напополам, получается два маленьких магнита с северными и южными полюсами. Это также объясняет, почему противоположные полюса притягивают — силовые линии выходят из северного полюса одного магнита и проникают в южный полюс другого, в результате чего металлы притягиваются и получается один больший магнит. По такому же принципу происходит отталкивание — силовые линии двигаются в противоположных направлениях, и в результате такого столкновения магниты начинают отталкиваться друг от друга. Создание Магнитов — Поместить металл в сильное магнитное поле в северо-южном направлении. Ученые предполагают, что два из этих методов объясняют то, как естественные магниты формируются в природе. Другие же ученые утверждают, что магнитный железняк становится магнитом только в том случае, когда его ударяет молния.

Третьи же считают, что железняк в природе превратился в магнит еще в момент формирования Земли и сохранился до наших дней. Наиболее распространенным способом изготовления магнитов на сегодняшний день считается процесс помещения металла в магнитное поле. Магнитное поле вращается вокруг данного объекта и начинает выравнивать все его домены. Однако в этот момент может возникнуть отставание в одном из этих связанных между собой процессов, что называется гистерезисом. На то, чтобы заставить домены поменять свое направление в одну сторону, может уйти несколько минут. Вот что происходит во время этого процесса: Магнитные области начинают вращаться, выстраиваясь в линию вдоль северо-южной линии магнитного поля. Области, которые уже направлены в северо-южном направлении становятся больше, в то время как окружающие их области становятся меньше.

Стены домена, границы между соседними доменами, постепенно расширяются, за счет чего сам домен увеличивается. В очень сильном магнитном поле некоторые стены домена полностью исчезают. Получается, что мощность магнита зависит от количества силы, используемой для смены направления доменов. Прочность магнитов зависит от того, насколько трудно было выровнять эти домены. Материалы, которые трудно намагнитить, сохраняют свой магнетизм в течение более длинных периодов, в то время как материалы, которые легко поддаются намагничиванию, обычно быстроразмагничиваются. Уменьшить силу магнита или размагнитить его полностью можно, если направить магнитное поле в противоположном направлении. Размагнитить материал можно также, если нагреть его до точки Кюри, то есть температурной границы сегнетоэлектрического состояния, при которой материал начинает терять свой магнетизм.

Высокая температура размагничивает материал и возбуждает магнитные частицы, нарушая равновесие магнитных доменов. Транспортировка магнитов Поэтому при транспортировке очень большие магниты помещают в специальные ящики или просто перевозят ферромагнитные материалы, из которых с помощью специального оборудования изготовляют магниты. По сути дела, таким оборудованием является простой электромагнит. Почему магниты «липнут» друг к другу? Из занятий по физике Вам вероятно известно, что когда электрический ток проходит по проволоке, он создает магнитное поле. В постоянных магнитах магнитное поле также создается за счет движения электрического заряда. Но магнитное поле в магнитах образуется не из-за движения тока по проводам, а за счет движения электронов.

Многие люди считают, что электроны это крошечные частицы, которые вращаются вокруг ядра атома, словно планеты вращаются вокруг солнца. Но как объясняют квантовые физики, движение электронов значительно сложнее этого. Во-первых, электроны заполняют раковинообразные орбитали атома, где они ведут себя и как частицы и как волны. Электроны имеют заряд и массу, а также могут двигаться в разных направлениях. И хотя электроны атома не перемещаются на большие расстояния, такого движения достаточно для того, чтобы создать крошечное магнитное поле. И поскольку спаренные электроны двигаются в противоположных направлениях, их магнитные поля уравновешивают друг друга. В атомах ферромагнитных элементов, наоборот, электроны не спарены и двигаются в одном направление.

Например, у железа есть целых четыре несоединенных электрона, которые движутся в одну сторону. Поскольку у них нет сопротивляющихся полей, у этих электронов есть орбитальный магнитный момент. Магнитный момент — это вектор, который имеет свою величина и направленность. В таких металлах как железо орбитальный магнитный момент заставляет соседние атомы выстраиваться вдоль северо-южных силовых линий. Железо, как и другие ферромагнитные материалы, имеют кристаллическую структуру. Когда они остывают после процесса литья, группы атомов с параллельной орбиты вращения выстраиваются в линию внутри кристаллической структуры. Так образуются магнитные домены.

Вы, возможно, заметили, что материалы, из которых получаются хорошие магниты, также способны притягивать сами магниты. Это происходит потому, что магниты притягивают материалы с непарными электронами, которые вращаются в одном направлении. Иными словами, качество, которое превращает металл в магнит также притягивает металл к магнитам. Многие другие элементы — диамагнитны — они состоят из неспаренных атомов, которые создают магнитное поле, слегка отталкивающее магнит. Несколько материалы совсем не взаимодействуют с магнитами. Измерение магнитного поля Измерить магнитное поле можно с помощью специальных инструментов, например, флюксметра. Описать его можно несколькими способами: — Магнитные силовые линии измеряются в веберах ВБ.

В электромагнитных системах этот поток сравнивают с током. Один тесла равен 10 000 гаусс. Напряженность поля можно также измерить в веберах на квадратный метр. Мифы о магните Приборы отображения магнитного резонанса, работающие за счет магнитного поля, позволяют докторам исследовать внутренние органы пациентов. Также доктора используют электромагнитное импульсное поле для того, чтобы посмотреть правильно ли срастаются сломанные кости после удара. Подобное электромагнитное поле используется астронавтами, которые долгое время находятся в невесомости для того, чтобы предотвратить растяжение мышц и ломки костей. Магниты также применяются в ветеринарной практики для лечения животных.

Например, коровы часто страдают травматическим ретикулоперикардитисом, эта сложная болезнь, развивающаяся у этих животных, которые часто вместе с кормом заглатывают мелкие металлические предметы, которые могут повредить стенки желудка, легкие или сердце животного. Поэтому, часто перед кормлением коров опытные фермеры с помощью магнита очищают их пищу от мелких несъедобных деталей. Однако, если корова уже проглотила вредные металлы, то магнит дают ей вместе с едой. Длинные, тонкие алнико магниты, также называемые «коровьими магнитами», притягивают все металлы и не позволяют им причинить вред желудку коровы.

Магнитное поле — невидимое свойство.

Это сила, которая притягивает другие ферромагнитные материалы. Это магнитное свойство можно увидеть в магнитных металлах, таких как железо, никель, сталь, медь-кобальт. Эти металлы ведут себя как магниты, притягивая или отталкивая другие магниты. Мы можем назвать объект постоянным магнитом, когда он намагничивается, а затем создает собственное постоянное магнитное поле. Очень распространенным повседневным магнитом, который мы все видели, является дверной магнит холодильника, который обычно изготавливается из порошкового феррита ржавчина железа.

Иногда их изготавливают из алюминия. Еще один распространенный использование магнитов вокруг нас электродвигатели. Материалы, которые могут намагничиваться, называются ферромагнитными материалами. Эти металлы являются магнитными и включают никель, железо, кобальт, медь и сплав железа. Вы можете включить большинство других металлов в эту категорию.

Некоторые сплавы редкоземельных элементов и оксида железа могут быть природными постоянными магнитами. Все металлы магнитны по своей природе. Мы знаем, что ферромагнитные материалы притягиваются к другим магнитам. Возле мягких магнитов или диамагнитных материалов может быть внешнее магнитное поле. Ферромагнетики — это мягкие магниты, такие как отожженное железо.

Их легко намагнитить, но они не могут оставаться намагниченными в течение длительного времени. Твердые магниты — это материалы, которые могут намагничиваться и оставаться намагниченными в течение длительного времени. Постоянные магниты — это жесткие магниты. Когда эти металлы подвергаются особому процессу под воздействием сильного магнитного поля, они выравнивают свою внутреннюю структуру в одном направлении. Электрические токи образуют постоянный магнит, который трудно размагнитить.

Когда металлы пересекают температуру Кюри, они становятся постоянными магнитами. Если есть необходимость размагнитить насыщенный магнит, мы должны приложить определенные магнитные поля. Сила этого магнитного поля зависит от коэрцитивной силы материала. Твердые постоянные магниты, как и кобальт, обладают высокой коэрцитивной силой.

Можно думать, что на самом деле они не исчезли, а просто не дают внешнего магнитного поля, поскольку их поля противоположны и практически нейтрализуют друг друга. Продолжая мысленно разрезать магнит на все более и более мелкие части, мы убедимся, что нам придется остановиться на той стадии, когда мы поделим его на мельчайшие «элементарные» магнитики. Примерно сто лет назад считалось, что ими являются как раз молекулы или атомы железа.

Сейчас мы склонны думать, что эти магнитики составлены из групп атомов, по многу миллионов в каждой, которые называются «доменами» и видимы в микроскоп. Но пока мы скажем о них только то, что они представляют собой очень маленькие и крайне многочисленные простейшие магнитики, поэтому можно вообразить себе магнит разрезанным на множество таких крошечных элементарных магнитов. Составив их вместе, чтобы получить один большой магнит, мы бы заметили, что эти магнитики выстроились таким образом, что северный полюс одного примыкает к южному полюсу соседнего, так что их внешние поля взаимно компенсируются всюду, кроме концов магнита. Там на одной торцевой плоскости наружу будут обращены все N-полюсы, а на другой — S-полюсы элементарных магнитиков. Таким образом, можно, если хотите, представить себе, что обычный магнит заполнен выстроенными подобным образом маленькими магнитиками, хотя пока в такой сложной картине еще мало пользы. Мы можем даже построить модель такого магнита, состоящую из большого числа маленьких компасных стрелок, которые при наложении внешнего магнитного поля выстраиваются в определенном направлении. В такой модели стрелки остаются выстроенными, пока имеется магнитное поле.

При его выключении они довольно сложным образом перестраиваются, стремясь образовать замкнутые циклические группы из нескольких стрелок, направленных друг за другом. Эта модель годится и для ненамагниченного железа или стали: магнитное поле находящихся внутри них элементарных магнитиков не подавлено, но сами магнитики расположены неупорядоченно, причем не хаотически, а скорее циклическими группами. Давайте внимательно подумаем над этой идеей, чтобы понять, сможет ли она послужить основой плодотворной теории. Будем считать, что магнитный материал состоит из бесчисленного множества элементарных магнитиков, которые в намагниченном бруске упорядочены, а в ненамагниченном находятся в беспорядке. Опыты показывают, что мягкое железо с легкостью намагничивается и так же легко размагничивается, а закаленные стали требуют более сильных полей для намагничивания, а затем частично сохраняют свою намагниченность, становясь постоянными магнитами. Поэтому мы должны предположить, что в мягком железе элементарные магнитики способны легко поворачиваться, а в твердой стали они крепко сцеплены с соседними, испытывая с их стороны сопротивление, сходное с трением. Чем же может нам помочь эта простая картина?

Прежде всего мы видим, что она объясняет появление новых полюсов при делении магнита на части. Если только мы не разрушим при этом сами элементарные магнитики, то в месте разреза обязательно возникнут новые полюсы. Однако такое объяснение вовсе нельзя считать большим успехом. Наша теория просто объяснила те же самые экспериментальные факты, от которых она отталкивалась, иными словами, выдала нам ту же самую информацию, которая была в ней заложена. Больше того, она высказала без каких-либо оснований утверждение, что сами элементарные магнитики невозможно разделить пополам. Содержится ли подобное утверждение в их определении? Если мы приписываем им такое, свойство, то это еще не означает, что они обладают им в действительности.

Образование новых пар полюсов при разрезании или разламывании магнита. Новые полюсы почти полностью исчезают при сближении половинок магнита. Модель, иллюстрирующая предположение об элементарных магнитиках. Можно представить, что магнит составлен из мельчайших «элементарных магнитиков», расположенных, как показано на фигуре. Полюсы соседних магнитиков взаимно нейтрализуют друг друга повсюду, кроме краев магнита. В настоящее время мы объясняем природу магнитов с помощью предложенных Ампером молекулярных электрических токов. Мы приписываем происхождение магнетизма атомным электронам, обладающим собственным вращением и движущимся по замкнутым орбитам в атомах.

Такие замкнутые токи образуют магнитное поле, аналогичное полю витка с током, и, конечно, их невозможно разделить на отдельные «полюсы». Однако этот первый успех теории пока что не может нас удовлетворить. Если бы все ее содержание заключалось только в объяснении того, как возникают полюсы магнитов, то от нее было бы мало проку. Ценность всякой теории состоит в том, что она способна дать исчерпывающие ответы на новые вопросы, которые мы и рассмотрим ниже. Упрощенное изображение элементарных магнитиков. Существует ли предел намагничивания? Мы умеем создавать электрические токи огромной силы, и если отвлечься от нагрева проводника, то их дальнейшее увеличение ничем не ограничивается.

Может ли при этом намагниченность железного стержня повышаться беспредельно? Наша теория сразу же отвечает на этот вопрос: «Нет, не может. Когда все элементарные магнитики выстроятся одинаковым образом, то будет достигнут предел намагничивания». Это вполне определенное предсказание легко проверить на опыте. Результаты такого опыта изображены на фиг. Как мы видим, предел намагничивания наблюдается в действительности. Стадии намагничивания железного бруска.

График показывает запись, полученную в результате опыта. Схемы с элементарными магнитиками иллюстрируют представления простейшей теории магнетизма. Более современная точка зрения о существовании «доменов» объясняется на фиг. Где расположены полюсы! Мы уже знаем, что стержень из твердой стали сохраняет магнитные свойства, даже если убрать намагничивающее поле. Зададим вопрос: «Остаются ли при этом его полюсы точно на концах магнита? Одноименные полюсы на торцевой поверхности стержня будут отталкивать друг друга, благодаря чему некоторые из них сдвинутся к боковым граням» фиг.

Опыт подтверждает, что полюсы намагниченного стального бруска действительно несколько «размазаны» проверьте это свойство намагниченного бруска с помощью железных опилок или компаса. Полюсы могут «размазываться» у краев магнита. Как сохранять магниты? Сказанное выше заставляет нас задуматься над тем, как предотвратить «размазывание» полюсов и, что было бы еще хуже, полную потерю намагниченности стержня. Теория с готовностью подсказывает нам нужный ответ. Если впереди нашего магнита положить другой магнит так, как показано на фиг. Способ хранения магнитов, расположенных цепочкой друг за другом, оказывается очень удобным.

Однако и он не решает задачи: что делать с магнитами, расположенными на краях такой цепочки? Способ сохранения полюсов на торцевых плоскостях магнита. Что происходит с магнитом при ударе молотком? Магниты не терпят грубого обращения и теряют свои свойства при резких ударах молотком, нагревании и т. Можно ли это чем-нибудь объяснить? Любое же сотрясение дает — им возможность перейти из упорядоченного состояния в неупорядоченное». Все это, конечно, хорошо, но, как и в большинстве теоретических объяснений, здесь только раскрывается «причина» того, что мы уже знаем.

Давайте заглянем несколько глубже и спросим себя: «Можно ли намагнитишь брусок, ударяя по нему молотком, даже если сам молоток изготовлен из немагнитного материала? Теория же четко отвечает нам, что в определенных условиях это возможно, а опыты подтверждают это предсказание. Какие это условия? Если вы отгадали правильно, то сможете сами убедиться в своей правоте. Поиски трещин в стальных отливках. Несмотря на наше пренебрежительное отношение к первому теоретическому предсказанию, согласно которому в том месте, где мы разломали магнит, появляются новые полюсы, оно получило полезное практическое применение. Инженеры находят в стальном литье не видимые глазом трещины, намагничивая отливку и затем поливая ее смесью железного порошка с маслом.

Теория говорит нам, что около трещин на поверхности намагниченного материала должны появиться полюсы. Благодаря этому железный порошок будет собираться вдоль края трещин в небольшие складки — длинные выпуклые бугорки, напоминающие широкий мостик через канаву. Такой способ прекрасно помогает находить мельчайшие трещинки в стальном литье фиг. Проверка стального литья на трещины. На намагниченную отливку наносится смесь масла с железным порошком. Частички железа собираются в складки вдоль трещин, где проявляется действие разноименных магнитных полюсов. Намагничивание переменным током.

Мы можем намагнитить брусок в одном направлении, затем в обратном, снова в том же направлении и т. Обнаружим ли мы какую-либо разницу в поведении брусков из мягкого железа и твердой стали? Теория говорит нам: «Поскольку элементарные магниты в твердой стали, по-видимому, испытывают при переориентации сильное сопротивление, сходное с трением, мы можем ожидать, что стальной брусок при перемагничивании будет значительно сильнее нагреваться, чем брусок из мягкого железа». При проверке такого предсказания на опыте этот эффект часто маскируется другими, но он, безусловно, имеет место и очень важен с технической точки зрения. Катушки электромоторов и генераторов наматываются на железные сердечники. Если через эти катушки пропускается переменный ток, то необходимо, чтобы сердечники были изготовлены из мягкого железа. В противном случае сердечники будут нагреваться, подвергая опасности изоляцию проводов и бесполезно растрачивая энергию.

В машинах постоянного тока сердечник ротора также попеременно намагничивается в различных направлениях, поэтому он должен быть изготовлен из мягкого железа. Важнейшие достижения теории. Итак, теория помогла нам сделать важные заключения, часть которых попросту совпала с уже известными нам фактами, а другая легко проверяется опытом. Теперь мы в состоянии получить ответ на очень трудный вопрос — ответ, который является, пожалуй, одним из самых значительных успехов теории. Предположим, что кто-то пытается намагнитить стальное кольцо. Можно ли считать, что он добился своей цели, если не обнаруживается ни полюсов, ни внешнего магнитного поля? Можно ли считать кольцо намагниченным в разумном смысле этого слова?

Если забыть про теорию магнетизма, то последует немедленный ответ: «Это невозможно». Но, вспомнив теорию, мы сделаем уже совсем иное заключение: «Да, кольцо можно намагнитить, так что силовые линии замкнутся, а элементарные магнитики выстроятся друг за другом по кругу». Такой вывод является выдающимся успехом теории. Она дает нам возможность понять то, что нельзя было бы постичь другим способом. Одним из важнейших достижений теории является то, что она придает физическому понятию или идее, в нашем случае — намагниченности, новый смысл. При этом она поднимается выше своей обычной роли толкователя известных или предсказателя новых фактов и становится способной проникать в самую суть явлений. Такая теория приводит к существенно более глубокому пониманию фактов и заслуживает похвалы, адресованной киплинговскому слоненку: «Ты не смог бы сделать всего этого, будь у тебя обычный короткий нос».

Немногие теории сумели подняться на такую высоту — или лучше сказать, немногие сумели продемонстрировать свои успехи столь четко, как теория магнетизма[77]. Если оно действительно намагничено, то в месте разреза появятся полюсы». Такой опыт несложно выполнить, и, если кольцо было приготовлено надлежащим образом, мы действительно обнаружим полюсы, создающие сильное магнитное поле. Подобные кольцевые магниты в наше время весьма распространены и очень важны для техники, хотя они изобретены вовсе не с целью проверки теории. Железные сердечники трансформаторов также часто конструируются в виде замкнутых колец, чтобы в них создавались замкнутые силовые линии. Такой характер намагничивания очень существен для хорошей работы трансформатора, а сами трансформаторы необходимы в современной технике для передачи электроэнергии на расстояние. Несколько позже мы узнаем еще об одной возможности проверки намагниченности кольца, которая вовсе не требует разрезания его на части.

Вопрос к теорий магнетизма. Теперь мы можем вернуться к вопросу о способе сохранения магнитов. Подковообразные магниты часто снабжаются «башмаком» — бруском мягкого железа, который замыкает их полюсы. Такие же «башмаки» используются и для сохранения свойств прямых магнитов. В обоих случаях магниты создают в мягком железе временное намагничивание, и, что очень существенно, возникает замкнутое намагниченное кольцо, аналогичное рассмотренному выше. Основываясь на нашей теории, мы вправе ожидать, что «башмак» действительно должен давать полезный эффект. Вообще говоря, схемы с изображением различным образом выстроенных элементарных магнитиков помогают нам понять состояние намагниченности материала самых разнообразных образцов.

Однако не следует забывать, что, хотя эти картинки выглядят весьма правдоподобно, они все же далеки от реальной действительности. Магнитные силовые линии в статоре электромотора, изготовленном из мягкого железа. Задача 5. Вопросы по теории магнетизма а Опишите, что произойдет, когда, пытаясь получить изолированные «полюсы», вы разрежете намагниченный стальной брусок на небольшие куски. Воспользовавшись маленькими стрелками для обозначения элементарных магнитиков, или, точнее, доменов, которые в настоящее время считаются основными элементарными единицами магнетизма, покажите, как этот эксперимент подтверждает «теорию» магнетизма. Ответы, где это возможно, дополните схемами. Объясните, почему.

Объясните, по какой причине. Дайте объяснение. В каких условиях это возможно? Могут ли эти «башмаки» действительно помочь сохранить магниты в намагниченном состоянии? Из какого материала они должны быть изготовлены? Нарисуйте схему, иллюстрирующую роль последних. Имеется ли какой-нибудь разумный смысл в утверждении, что кольцо «намагничено»?

Замечено, что брусок нагрелся. Такое нагревание возникает благодаря ряду эффектов, один из которых заключается в перемагничивании бруска магнитным полем переменного тока. Какое ожидается различие в нагревании мягкого железа и твердой стали? Объясните, почему таким способом можно размагнитить магнит. Ответ проиллюстрируйте рисунком или чертежом. Демонстрационный прибор для изучения намагничивания железных или стальных образцов. Образец помещается в намагничивающую катушку А, через которую пропускается электрический ток.

В процессе намагничивания образец создает магнитное поле, которое отклоняет электронный луч вверх или вниз. Катушка А также создает внешнее магнитное поле. Чтобы предотвратить действие этого поля на электронный луч, с другой стороны электронно-лучевой трубки помещается «компенсирующая» катушка В, через которую проходит тот же самый ток.

Магнит железо почему притягивает металл

притягивать, «любить» железо. Постоянный магнит как будто притягивается к листу и скользит заметно медленнее чем, например, по деревянной поверхности. Почему магнит притягивает железо. В статье расскажем, работает ли поисковый магнит на золото и серебро, как он устроен и действительно ли притягивает драгметаллы. Неодимовый магнит (точнее неодим-железо-бор) является сильнейшим постоянным магнитом в мире.

Похожие новости: