Стальная полоса станет мощным магнитом и притянет любой железный предмет от гвоздя до холодильника.
Магнит и магнитное поле: почему притягивается только металл? .
В успехе неодимовых магнитов нет ничего странного: при небольшой стоимости и размере они обладают огромной коэрцитивной силой и остаточной намагниченностью. Кто покупал их в упаковках, знает, что отлепить неодимовые магниты друг от друга — не самая простая задача. Но с историей их открытия не всё так однозначно, и об этом до сих пор идут споры. Давайте посмотрим, как два человека, работая на противоположных уголках Земли, совершили революцию независимо друг от друга. Немного теории Чтобы понять, чем уникальны неодимовые магниты и в чём состояла сложность их открытия, начнём с базы: почему постоянный магнит вообще магнитит. Примечание: если вы хорошо знакомы с физикой процесса, смело пропускайте этот раздел: дальше будет поверхностное объяснение на уровне школьной программы. Как мы знаем, ток в проводнике — это направленное движение электронов под действием некоторого электрического поля. При этом движение электронов порождает собственное магнитное поле, что следует из закона Ампера , и более глобально — из уравнений Максвелла.
Так работают привычные нам электромагниты: приложили напряжение, и по виткам провода побежал ток, который создаёт магнитное поле больше витков — больше магнитная индукция. Просто напоминаем — направление напряженности магнитного поля определяется по правилу правой руки Если теперь в образовавшееся поле поместить предмет из ферромагнитного материала то есть подверженному намагниченности , то он будет притягиваться к электромагниту. Тут всё понятно. Но что делает материал ферромагнитным? Давайте посмотрим на более микроскопическом уровне. Как мы знаем, атом имеет так называемую планетарное строение по Резерфорду: в центре находится ядро, вокруг которого по орбитам вращаются электроны. По своей сути, вращение электрона — это и есть электрический ток, но очень маленький.
В результате электрон движением по орбите создаёт собственное магнитное поле — это называется магнитным дипольным моментом. Он напрямую связан с более общей характеристикой — орбитальным моментом импульса электрона не путать со спином — чисто квантовой величиной , как у любого вращающегося тела. Небольшое отступление: магнитный момент имеет интересное свойство. Как и многое в квантовом мире, он кратен некоторому фундаментальному числу, которое называется магнетоном Бора и выводится через массу электрона, скорость света и постоянную Планка. Для того чтобы магнитный момент проявился и какое-то вещество начало притягиваться, в его атоме должны быть нескомпенсированные электроны. Внешнее магнитное поле как бы развернёт их в одном направлении, что приведёт для всех таких же атомов к появлению общей нескомпенсированной силы — это, и будет нашей намагниченностью. Внешнее и внутреннее магнитные поля будут взаимодействовать, из-за чего возникнет притяжение материала к магниту.
В веществах же, не имеющих подобного строения, магнитный момент не проявится вообще дипольный момент равен 0 или будет в сотни тысяч раз слабее, чем у ферромагнетиков — речь идёт о так называемых парамагнетиках. Посмотрите наглядное и простое объяснение: Ещё раз — возможность намагничивания ферромагнитные свойства зависят от атомной структуры, веществ и распределения электронов по орбитам. Например, возьмём всем пришедшее на ум железо Fe : его порядковый номер 26 в таблице Менделеева равен количеству электронов на орбитах. Если не вдаваться в подробности для пытливых — смотри тут , то электроны по его орбиталям s, p, d и f распределяются по энергетическим уровням так, что образуется 4 неспаренных электрона на d-орбитали. Они и наделяют наше вещество способностью намагничиваться. На самом деле, ферромагнитных веществ не так уж много. Итак, с возникновением магнитного притяжения немного разобрались.
Но проблема в том, что сами по себе условные железные гвозди после взаимодействия с внешним магнитным полем практически не сохраняют своих магнитных свойств или быстро их теряют. Вообще, у ферромагнетиков есть локальные области с высокой плотностью диполей, ориентированных в одном направлении — так называемые магнитные домены. Но у простого железного гвоздя кристаллическая структура неравномерная, и суммарный эффект намагничивания слишком слабый. Нужно создать чёткую кристаллическую структуру, чтобы магнитные домены были равномерно распределены и сохраняли ориентацию в одну сторону, по оси как бы имели выраженные полюса S и N — хотя это достаточно условная штука. Примечание: подробнее про зависимость магнитных свойств от атомного строения неодимового магнита можно почитать в этой статье. Только в этом случае получится произвести постоянный магнит, подходящий для бытового и промышленного применения. Например, он должен: сохранять высокую остаточную намагниченность Br — другими словами, создавать как можно более мощное магнитное поле; иметь высокую коэрцитивную силу Hc — то есть противостоять попыткам размагничивания внешним электромагнитным полем; сохранять свои свойства при разных внешних воздействиях — например, иметь как можно более высокую температуру точку Кюри , при которой происходит разрушение структуры, и ферромагнетик превращается в парамагнетик.
Есть ещё много параметров, но для понимания эти три — основные. Основная диаграмма с характеристиками постоянного магнит — петля гистерезиса.
Уильям Гильберт William Gilbert , 1544—1603 — английский физик и придворный врач, исследователь электричества и магнетизма, автор первой теории магнитных явлений. Джон Гуденаф John Goodenough , род. Естественнонаучные исследования Эрстед, проводя эксперименты с магнитной стрелкой и проводником, приметил следующую особенность: разряд энергии, направленный в сторону к стрелке, мгновенно на нее действовал, и она начинала отклоняться. Стрелка всегда отклонялась, с какой бы стороны он не подошел.
Продолжать многократные эксперименты с магнитом стал физик из Франции Доминик Франсуа Араго, взяв за основу трубку из стекла, перемотанную металлической нитью, посередине этого предмета он установил железный стержень. С помощью электричества, находившееся внутри железо начинало резко намагничиваться, из-за этого стали прилипать различные ключи, но стоило отключить разряд, и ключи сразу падали на пол. Исходя из происходящего физик из Франции Андре Ампер, разработал точное описание всего происходящего в этом эксперименте. Первые шаги к объединенной теории Ситуация изменилась лишь в конце 1990-х — начале 2000-х годов с появлением и развитием так называемой динамической теории среднего поля. Эта теория приближенно сводит сложную проблему движения электронов в кристалле к рассмотрению изменения их состояния со временем на одном выбранном атоме. Теория позволила описать переходы металл — изолятор в ряде веществ, что, естественно, привело к вопросу о ее способности объяснить магнетизм переходных металлов.
Читайте также: 1П611 Станок токарно-винторезный повышенной точности универсальный схемы, описание, характеристики В частности, железо и никель были исследованы в рамках этой теории Михаилом Кацнельсоном, Александром Лихтенштейном совместно с американским физиком Габриэлем Котляром в 2001 году. Ими впервые из полностью микроскопического то есть исходящего из первопринципных уравнений расчета в рамках зонной картины было получено линейное поведение обратной восприимчивости с температурой закон Кюри — Вейсса , которое обычно интерпретируется как указание на присутствие локальных моментов. Также ими была найдена слабая зависимость локальной восприимчивости от времени на оси мнимого времени, которое проще изучать с теоретической точки зрения , свидетельствующая о наличии локальных моментов. В какой-то момент казалось, что проблема железа и других переходных металлов почти решена.
Сила притяжения не такая, как в случае с углеродистой сталью, чтобы почувствовать притяжение потребуется неодимовый магнит. Чтобы не ошибиться с идентификацией сплава при сдаче лома, помимо магнита, нужно использовать и другие способы определения металла. В частности, сдатчику необходимо учитывать цвет и твердость сплава. Почему обязательно нужно определять тип металла К сожалению, визуальное сходство металлов используется некоторыми ломоприемщиками для получения сверхприбыли.
Например, они принимают нержавейку по цене углеродистой стали, объясняя это тем, что металл магнитится. То же самое касается и других видов цветмета. Избежать обмана можно, только если внимательнее отнестись к выбору пункта приема. Предпочтение нужно отдавать компаниям с большим стажем работы на этом рынке и безукоризненной репутацией. Практикуем абсолютную прозрачность во взаимодействии с клиентом, для этого в присутствии сдатчика производится взвешивание вторсырья и его исследования при помощи анализатора лома. Параметры металлических отходов и другие данные фиксируются документально. Не возникнет и проблем с оплатой, расчет производится незамедлительно в полном объеме — наличными или переводом средств на карту или расчетный счет. Второй вариант более выгодный, так как при безналичной оплате сдатчик получает более высокую цену.
Воспользоваться предложением могут как частные лица, так и различные организации.
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. Для мягкого магнита коэрцитивная сила мала. Силу магнита можно измерить по его магнитному моменту. Другой метод заключается в измерении полного магнитного потока, создаваемого им.
Электромагниты созданы руками человека. Электромагнит представляет собой катушку из проволоки, которая ведет себя как магнит, когда через нее пропускают электрический ток. Однако он перестает быть магнитом, как только прекращается ток. Эта катушка часто наматывается на сердечник, чтобы усилить генерируемое магнитное поле. Сердечник изготовлен из мягкого ферромагнитного материала, такого как нержавеющая сталь. Эти электромагниты обладают всеми магнитными свойствами.
Суть магнита. Почему магниты магнитят. Природа и принцип действия магнитов и электромагнитов.
| Почему Магнит притягивает железо | Почему магнит притягивает железо. Магнитом является тело, которое обладает собственным магнитным полем. В магнитном поле ощущается некоторое воздействие на внешние предметы, которые находятся рядом, наиболее очевидное – способность магнита притянуть металл. |
| Почему магнит притягивает железо - краткое объяснение | Статьи о магнитах | Это создает силы притяжения между магнитом и железом, что приводит к их притяжению друг к другу. |
| Притягивает ли магнит железо? | Магниты притягивают только определенные металлы, главным образом железо, никель и кобальт, называющиеся ферромагнетиками. |
| Почему магнит притягивает железо? Магнит. | Почему магнит притягивает железо. Магнитом является тело, которое обладает собственным магнитным полем. |
Почему магнит притягивает железо? Магнит.
Рассмотрим, почему кусок железа притягивается к магниту. Микроатомы обладают магнитным эффектом и состоят в полном равновесии, но магниты своим притяжением влияют на некоторые виды металлов, таких как: железо, никель, кобальт. Магнит может притягивать чаще всего такой металл как железо. И так, магнит притягивает к себе железо потому, что может намагнитить его из-за особых свойств. Лучше всего к магнитам притягиваются.
Глава 34. Магнетизм. Опыт и теория
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. Магнитное поле этой катушки нейтрализует поле катушки А в области, где проходит электронный луч.
Перемещение луча вверх и вниз позволяет следить за изменением намагниченности образца. Электронный луч отклоняется также вправо и влево электрическим полем между пластинками Р1 и Р2, связанными с сопротивлением R, через которое проходит намагничивающий ток. Согласно закону Ома, разность потенциалов на его концах изменяется в соответствии с силой тока. Так же меняется и поле, действующее на образец. Поэтому величина горизонтального отклонения луча является мерой напряженности намагничивающего поля. Если катушка питается постоянным током, который постепенно увеличивают с помощью реостата, то возрастание намагниченности образца можно заметить по смещения светящегося пятна на экране трубки. Если же катушка включена в сеть переменного тока, то достаточно держать реостат в одном определенном положении.
Во время каждого цикла намагничивания электронный луч вычерчивает одинаковые кривые, и это происходит так быстро и столь часто, что мы видим на экране неподвижное изображение. Экспериментальное изучение стадий намагничивания Мы можем исследовать, как намагничивается металлический брусок, поместив его внутрь соленоида и постепенно увеличивая ток в обмотке. Будем считать, что напряженность магнитного поля внутри соленоида прямо пропорциональна току почему это так, объясняется ниже , так что величину силы тока можно принять за меру напряженности намагничивающего поля. Величину же намагниченности самого бруска будем измерять по производимому им действию на небольшую компасную стрелку или пучок электронов в электронно-лучевой осциллографической трубке. Мы можем плавно менять ток с помощью реостата или включить соленоид в сеть переменного тока, который 60 раз в секунду будет менять намагниченность бруска. Подадим на вертикальные пластины осциллографической трубки электрическое поле, пропорциональное величине намагничивающего тока, которое развернет электронный луч горизонтально 60 раз в секунду, а намагничиваемый брусок расположим таким образом, чтобы его магнитное поле в то же самое время отклоняло бы электронный луч вверх или вниз в зависимости от направления намагничивания. При этом электронный луч вычертит на экране трубки замкнутую кривую, представляющую собой график намагничивания нашего бруска, в котором величина горизонтального отклонения отвечает напряженности магнитного поля, а вертикальное отклонение соответствует намагниченности.
Если проводить опыт с первоначально ненамагниченным образцом, то при увеличении тока в соленоиде график намагничивания мягкого железа будет представлять собой кривую, в которой различаются три участка. В переменном поле мягкое железо намагничивается до насыщения, затем намагниченность падает до нуля, снова достигает насыщения, но уже в обратном направлении и т. Закаленная же сталь дает характерную петлю, т. Образец частично сохраняет намагниченность даже тогда, когда само намагничивающее поле упало до нуля. Такая инерция намагниченности по отношению к намагничивающему полю носит название «гистерезис». Чем больше петля, тем сильнее «трение», которое испытывают крошечные элементарные магнитики, тем значительнее нагревание образца в каждом цикле намагничивании. Теперь вам понятно, почему намагниченный брусок размагничивается, когда его помещают в соленоид с переменным током и медленно вынимают оттуда.
Переменное магнитное поле 60 раз в секунду меняет намагниченность бруска. По мере извлечения магнита из соленоида он испытывает все более и более слабое воздействие намагничивающего поля, так что петля намагниченности становится все меньше и меньше. Цикл за циклом эти петли сжимаются так что вся картина становится похожей на разрезанную луковицу до тех пор, пока они не сойдутся в точку в центре графика, что соответствует полному размагничиванию. Кривые намагничивания. Более современная теория. Магнитные домены До сих пор мы не делали никаких определенных предположений о размерах элементарных магнитиков и не сказали ни слова о том, как они выглядят. В последние годы были получены убедительные доказательства, что эти магнитики представляют собой не отдельные молекулы, а довольно большие группы металлических кристаллов.
Эти группы, получившие название «домены», выглядят очень маленькими, когда рассматриваешь их под микроскопом, но в сравнении с отдельными атомами они кажутся колоссальными скоплениями. Конечно, домены можно разделить на еще меньшие магнитики и постепенно дойти до отдельных атомов. Так что настоящими элементарными магнитиками мы по-прежнему должны считать атомы[78]. Границы домена можно увидеть в микроскоп, если посыпать поверхность намагниченного предмета очень тонким железным порошком, точно так же как при проверке литья на трещины. Весь металл внутри домена намагничивается только в одном направлении — обычно вдоль одной из главных кристаллических осей. В ненамагниченном металле намагниченность отдельных доменов равновероятно направлена по или против любой из осей кристалла, по-видимому, образуя пространственные циклические доменные семейства. При намагничивании металла происходят следующие два типа изменений: а Некоторые домены увеличиваются в размере за счет соседних, добавляя в свой единый блок атомы из других блоков.
Растут как раз те домены, которые были намагничены в направлении, близком к направлению намагничивающего поля. Если поле слабое, то эти изменения невелики и обратимы: вся картина целиком восстанавливается при снятии поля стадия 1 на фиг. Более сильные поля производят необратимые изменения границ доменов. Удачно ориентированные домены вырастают в размерах еще больше, и мы получаем сильный магнит стадия 2. Размагничивание стального бруска. Напомним, что намагниченность доменов направлена вдоль осей кристаллов металла, а не внешних контуров металлического бруска, которые указывают лишь направление наиболее просто осуществимого намагничивания. Атомы домена, естественно, стараются выстроиться в наиболее удобном для них направлении.
Однако приложенное внешнее поле может оказаться не параллельным ни одной из кристаллических осей. Тогда требуются очень большие поля, чтобы повернуть направления намагниченности удачно ориентированных доменов ближе к направлению магнитного поля стадия 3. Такой характер изменения менее прост, чем мы привыкли думать. Магнитные домены в металлическом бруске на различных стадиях намагничивания. Это упрощенное схематическое изображение иллюстрирует механизм изменений, происходящих с доменами. Обозначения направления намагниченности, перпендикулярной плоскости чертежа: — намагниченность направлена на наблюдателя; — намагниченность направлена от наблюдателя. А что же в действительности?
Привлекая все новые и новые предположения в форме подробных рассказов о доменах для объяснения наблюдаемых явлений, мы, кажется, снова рискуем испортить свою научную репутацию. Однако для защиты нашей точки зрения обратимся к экспериментальным наблюдениям узоров, образованных железным порошком на поверхности намагниченного образца, которые показывают границы между доменами. Можно заметить, что эти узоры меняются по мере намагничивания бруска, демонстрируя увеличение одних доменов за счет других. Кто видел это, тот, безусловно, согласится, что опыт подтверждает нашу теорию. Опыт, позволяющий услышать изменения доменов.
То есть, северный полюс одного магнита развернется к южному полюсу другого магнита. Таким образом, для восстановления нарушенного равновесия, в силовом поле пространства, окружающего магниты, формируются силы, которые поворачивают и прижимают магниты друг к другу так, что внешняя сторона, вызывающая сжатие уровней энергетического поля одного магнита, будет прижата к той внешней стороне второго магнита, которая вызывает расширение уровней энергетического поля. То есть магниты будут прижаты друг к другу противоположными полюсами. Магнитные линии одного магнита будут являться продолжением магнитных линий другого магнита, и представлять одно общее магнитное поле. Сила общего силового магнитного поля будет равна сумме сил силовых линей обоих магнитов. Рассмотрим, почему кусок железа притягивается к магниту. Предположим, что рядом с магнитом находится кусок железа. Рисунок представлен выше по тексту. Внутри куска железа все атомы сгруппированы силовым полем в кристаллическую решетку.
Хорошо притягиваются царские монеты, которые выпускались на монетном дворе Екатеринбурга. За это стоит благодарить высокое содержание железа в руде на одном из медных приисков. Кроме того, поисковикам часто попадаются монеты времен Анны Иоанновны — в их составе присутствует никель. Выгодно заказывайте поисковые магниты Двусторонний поисковый магнит F120x2 Интернет-магазин «Мир Магнитов» предлагает вам выбрать поисковый магнит с подходящим усилием отрыва, чтобы успешно решать любые поставленные задачи. Оформляйте заказ с привлекательными условиями доставки по всей России и в страны СНГ, и отправляйтесь к перспективному месту, чтобы обнаружить различные ценные и интересные объекты.
Хотя ферромагнетики и не являются естественными магнитами, их атомы перестраиваются в присутствии магнита таким образом, что у ферромагнитных тел появляются магнитные полюса. Магнитная цепочка Касание конца магнита к металлическим скрепкам приводит к возникновению у каждой скрепки северного и южного полюса. Эти полюса ориентируются в том же направлении, что и у магнита. Каждая скрепка стала магнитом. Бесчисленные маленькие магнитики Некоторые металлы имеют кристаллическую структуру, образованную атомами, сгруппированными в магнитные домены. Магнитные полюса доменов обычно имеют различное направление красные стрелки и не оказывают суммарного магнитного воздействия. Образование постоянного магнита Обычно магнитные домены железа ориентированы бессистемно розовые стрелки , и естественный магнетизм металла не проявляется. Если к железу приблизить магнит розовый брусок , магнитные домены железа начинают выстраиваться вдоль магнитного поля зеленые линии. Большинство магнитных доменов железа быстро выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля. В результате железо само становится постоянным магнитом. В широком смысле магнит представляет собой элемент, обладающий собственным магнитным полем. Это кусок стали или железной руды с примесями алюминия, кобальта и никеля. В состав магнита входит огромное число компонентов, которые называются доменами, у каждого из которых есть южный и северный полюс. В объединенном состоянии домены образуют единую магнитную массу с множеством сориентированных полюсов. Если домены находятся в беспорядочном состоянии, то они теряют свойство притягивать железо, а их магнитная сила теряется полностью. Благодаря специфике соединения доменов, каждый магнит имеет два полюса — южный и северный. Если магнит разрезать, то их полярность также сохранится. Всего существует три разновидности магнитов: природные, электромагниты и временные магниты. Природные магниты — это железная руда. Временные — это элементы, которые подвержены влиянию магнитного поля гвозди, скрепки, гайки, монеты. Электромагниты — это магниты с индукционной катушкой и проводимым через нее электрическим током. Почему магниты притягивают железо? Каждый домен магнита представляет собой отдельный маленький магнитик микроскопического размера. При приближении к ним железа, элементы меняют свое положение и выстраиваются в своеобразный ряд. Полюсы при этом направлены в одну сторону, за счет чего создается единство магнитного поля. Элементы железа сразу вступают в контакт с доменами магнита и начинают притягиваться. Процесс притягивания магнитом железа и других магнитов обусловлен законами физики. Домены магнита, представляющие собой электроды, обладают собственной массой и зарядом. При совпадении зарядов домены начинают передвигаться с небольшой скоростью. Элементы железа в магните и кусок чистого железа без примесей обладают сходствами в своем составе. Такой нюанс становится главной причиной притягивания электродов друг к другу. Магнит не будет притягивать дерево, пластик или другие неметаллические материалы. Свойством упорядоченного движения и расположения электродов отличаются только сталь и железо. В силу таких факторов, единственными материалами, которые притягивает магнит, становятся сталь и железо. Отдельный кусок стали или железа можно превратить во временный магнит. Если долго держать соединенными магнит и один из указанных элементов, то электроды в стали иди железе начнут образовывать собственное магнитное поле. Атомы при этом будут увеличивать свой размер. В течение некоторого времени способность магнититься сохранится и кусок стали или железа можно будет использовать в качестве самостоятельного магнита. Что заставляет некоторые металлы притягиваться к магниту? Почему магнит притягивает не все металлы? Почему одна сторона магнита притягивает, а другая отталкивает металл? И что делает неодимовые металлы такими крепкими? Для того чтобы ответить на все эти вопросы, необходимо вначале дать определение самому магниту и понять его принцип. 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 Многие современные электронные устройства работают на основе магнитов. Применять магниты для производства устройств стали относительно недавно, потому что магниты, существующие в природе, не обладают необходимой силой для работы аппаратуры, и только когда людям удалось сделать их более мощными, они стали незаменим элементом в производстве. Железняк, разновидность магнетитов, считается самым сильным магнитом из всех встречающихся в природе. Он способен притягивать к себе небольшие объекты, например, скрепки для бумаг и скобки. 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.
Глава 34. Магнетизм. Опыт и теория
Сила притяжения не такая, как в случае с углеродистой сталью, чтобы почувствовать притяжение потребуется неодимовый магнит. Почему магнит притягивает металл? Магниты привлекают любые металлы, которые сделаны из железа или металлов с железом в них. Марикур указывает, что в каждом куске магнита имеются две области, особенно сильно притягивающие железо. Поскольку мы регулярно подвергаемся воздействию магнитов, которые, как мы знаем, притягивают железо, возникает вопрос: можно ли извлечь железо из крови с помощью мощного магнита? Почему магнит притягивает железо. Магнитом является тело, которое обладает собственным магнитным полем. 1) Магниты притягивают и захватывают небольшие кусочки железа.
Новосибирский школьник «притягивает» к себе ложки и мелочь — его мама сняла это на видео
Рассмотреть притяжение в данный момент будет крайне сложно, для этого потребуется сильнейшее магнитное поле, которое невозможно создать в домашних условиях. Итак, если свойство притягивания к магниту есть у всех веществ, то почему именно металлические предметы сильно магнитятся, и этот процесс можно увидеть? Дело в том, что все зависит от внешнего строения атомов и их взаимосвязи именно в металле. Всё, что нас окружает, состоит из атомов, которые связаны между собой. Именно эта связь определяет материала. Атомы во многих веществах плохо скоординированы, поэтому имеют очень слабую взаимосвязь с магнитом.
У металла атомы скоординированы, они ощущают магнитное поле и тянутся к нему, заставляя все остальные атомы действовать также. Такая система создает очень сильное взаимодействие с магнитом. В завершении Определенные виды: кобальт, железо, никель поддаются влиянию магнита. Они являются ферромагнетиками, то есть имеют способность к намагничиванию. Если расположить эти металлы близко к магниту, атомы внутри них станут перестраиваться, образовывая магнитные полюса.
Почему материалы магнитятся и не магнитятся В большинстве материалов, таких, как пластмассы, магнитные поля отдельных атомов ориентированы беспорядочно и взаимно гасят друг друга. Но в таких материалах, как железо, атомы можно сориентировать так, что их магнитные поля сложатся, поэтому кусок стали намагничивается. Атомы в материалах соединены в группы, которые называются магнитными доменами. Магнитные поля одного отдельного домена сориентированы в одну сторону. То есть каждый домен — это маленький магнитик.
Интересно: Закон сохранения энергии — описание, фото и видео Различные домены ориентированы в самых разнообразных направлениях, то есть неупорядоченно, и гасят магнитные поля друг друга. Поэтому стальная полоса — не магнит. Но если нам удастся сориентировать домены в одну сторону, чтобы силы магнитных полей сложились, вот тогда берегитесь! Стальная полоса станет мощным магнитом и притянет любой железный предмет от гвоздя до холодильника. Интересный факт: минерал магнитный железняк — естественный магнит.
Но все же большинство магнитов изготовляют искусственно.
Это происходит из-за линий напряженности которые возникают вокруг полюса магнита а в железе положительные катионы притягиваются к магниту в общем почитай в литературе -сложно в двух словах объяснить Татьяна Зыбарева Это сложный и глубокий вопрос. Дело в том, что мы имеем дело с, как уже заметили, проявлением взаимодействий новой природы, немеханической. Представить ее себе тем более трудно, поскольку само по себе наблюдать непосредственно его нам нельзя - нам остается лишь довольствоваться тем, что мы наблюдаем за телами на которые то или иное поле влияет. В свое время, физика была разделена на два лагеря - сторонников гипотез дальнодействия и близкодействия.
Соответственно, сплавы, в которых присутствуют эти металлы, могут притягиваться при поднесении магнита. Степень притяжения зависит от двух факторов: массовой доли ферромагнетиков в сплаве и мощности магнита. Чем больше ферромагнетиков, тем больше сила притяжения. Если концентрация ферромагнетиков невысокая, то почувствовать притяжение можно только при помощи неодимового магнита или электромагнита, которые создают сильное магнитное поле. Чтобы определить наличие и массовую долю ферромагнетиков в ломе, можно проанализировать марку сплава, так как в цифробуквенном обозначении зашифрованы основные элементы и их количество. В случае с ломом этот способ не подходит, определение химического состава сплава осуществляется при помощи анализатора лома. В Москве таким оборудованием располагает компания «Интерлом», анализ вторсырья происходит в присутствии сдатчика, что полностью исключает вероятность обмана. Перечень магнитящегося цветмета Идентификация цветного металла осложняется тем, что одна и та же группа цветмета может иметь диаметрально противоположные свойства. Это объясняется не химическим составом металла, а его молекулярной структурой, которая также определяет магнитные свойства. Нержавеющая сталь С классификацией углеродистой стали проблем у сдатчиков не возникает, поскольку в составе используются только железо и углерод, благодаря чему металл магнитится очень хорошо. Сложнее дела обстоят с определением нержавейки, которая приобрела антикоррозионные свойства благодаря легированию хромом. Этот элемент создает на поверхности металла оксидную пленку, которая препятствует окислению металла. Благодаря наличию легирующих компонентов, нержавейка относится к цветмету, соответственно, цена такого лома значительно выше.
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. Для мягкого магнита коэрцитивная сила мала. Силу магнита можно измерить по его магнитному моменту. Другой метод заключается в измерении полного магнитного потока, создаваемого им. Электромагниты созданы руками человека. Электромагнит представляет собой катушку из проволоки, которая ведет себя как магнит, когда через нее пропускают электрический ток. Однако он перестает быть магнитом, как только прекращается ток.
Почему магниты имеют свойство притягиваться и отталкиваться? (03.06.2021 г.)
Они притягиваются к магниту достаточно сильно — так, что притяжение ощущается. это явление, при котором магнит притягивает к себе предметы, содержащие железо. Почему магнит притягивает железо. Магнитом является тело, которое обладает собственным магнитным полем. В магнитном поле ощущается некоторое воздействие на внешние предметы, которые находятся рядом, наиболее очевидное – способность магнита притянуть металл. 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.
Какая сила заставляет магнит притягивать, и как её применяют
В то время как магниты сильно притягивают ферромагнитные металлы, они лишь слабо притягивают парамагнитные. 1. магниты притягивают железо в крови. Дак и я не сомневаюсь что магнит притягивает железки и могу померить параметры этого притяжения. Это объясняет, почему некоторые магниты притягивают предметы с большей силой, чем другие.
Почему магниты имеют свойство притягиваться и отталкиваться? (03.06.2021 г.)
Лучший способ увидеть магнитное поле — использовать крошечные кусочки железа, называемые железными начинками. Фильтрация сосредоточена в основном вокруг полюсов, где магнитная сила сильнее. Когда южный полюс магнита и северный полюс магнита находятся достаточно близко, они притягиваются друг к другу. Если те же концы собраны вместе, например, северный полюс на северный полюс, магниты отталкиваются друг от друга. Компас содержит небольшой свободно плавающий магнит, который сидит горизонтально на стержне.
Почему не все материалы могут магнититься? Взаимодействие магнита происходит практически со всеми веществами, при этом вариантов этих самых взаимодействий намного больше, чем известные нам «притягивание» и «отталкивание». Специфическое строение некоторых металлов и сплавов позволяет им достаточно мощно притягиваться к магниту. Другие металлы и вещества тоже имеют это свойство, однако оно во много раз слабее. Рассмотреть притяжение в данный момент будет крайне сложно, для этого потребуется сильнейшее магнитное поле, которое невозможно создать в домашних условиях.
Итак, если свойство притягивания к магниту есть у всех веществ, то почему именно металлические предметы сильно магнитятся, и этот процесс можно увидеть? Дело в том, что все зависит от внешнего строения атомов и их взаимосвязи именно в металле. Всё, что нас окружает, состоит из атомов, которые связаны между собой.
Именно это слабое земное магнитное поле используется для навигации с помощью компаса, несмотря на то, что стальные корабли обладают собственным магнитным полем, которое частично имеет переменный характер, что сильно затрудняет навигационное дело. Эквивалентный магнит для внешнего магнитного поля Земли. Северный полюс стрелки компаса указывает на север Канады. Следовательно, там должен находиться южный магнитный полюс Земли. Этот полюс, однако, называют Северным магнитным полюсом.
Если это будет вас затруднять, то избегайте таких сокращений, как «северный полюс», и называйте все полюсы их полными именами, т. Это избавит от путаницы. Когда же вы полностью уясните себе этот вопрос, вам, возможно, снова захочется вернуться ради экономии времени к сокращенным наименованиям. Магнитное поле Земли на значительных пространствах однородно, т. Поэтому с его помощью можно провести очень важный опыт — проверить равноправность северного и южного полюсов магнита. Положим магнит на пробку и пустим его плавать в воду. Земное магнитное поле повернет магнит в направлении N-S. Будет ли оно также перемещать его в каком-либо определенном направлении, например на север?
Если северный и южный полюсы плавающего магнита обладают равной силой хотя создаваемые ими поля противоположны по направлению , можно ожидать, что магнитное поле Земли будет притягивать их одинаково. Под действием такого притяжения магнит повернется вокруг своей оси, но не будет двигаться по поверхности воды ни на север, ни в каком-либо другом направлении. Если же полюсы плавающего магнита неодинаковы, то можно ожидать, что магнитное поле Земли будет действовать на них с различной силой и заставит магнит перемещаться в некотором направлении. Проведите этот важный опыт сами. Хотя земное магнитное поле довольно слабое, оно способно заметно искривить путь электронного пучка. В следующих разделах мы увидим, как магнитное поле может выталкивать проводник с электрическим током, действуя подобно катапульте. Потоки заряженных частиц космического излучения, приходящие из мирового пространства, также заворачиваются земным магнитным полем. Это позволяет использовать Землю во многих современных экспериментах с космическими лучами как гигантский анализирующий магнит.
Как намагничивают магниты В современной практике намагничивание магнитов производится с помощью электрического тока. Для этого ток пропускается не через намагничиваемый металлический брусок, а через намотанную вокруг него проволочную катушку. Магнитное поле внутри длинной цилиндрической катушки соленоида однородно, а напряженность его легко менять, регулируя ток. Поэтому такая катушка чрезвычайно удобна для опытов по намагничиванию. Если мы поместим стальной брусок внутрь соленоида и подадим в катушку ток, то увидим, что при включенном токе брусок намагничивается. После выключения тока брусок по-прежнему остается магнитом, хотя и несколько более слабым. Для намагничивания бруска достаточно пропускать ток через катушку в течение всего лишь доли секунды. Существует несколько материалов, пригодных для получения таких «постоянных магнитов».
Для этой цели подходит большинство сортов закаленной стали. Еще лучше специальные стали, содержащие вольфрам или кобальт. Некоторые новые сплавы, в состав которых входит алюминий, например «алнико», позволяют создавать еще более сильные магниты, однако требуют больших полей для намагничивания. Все эти материалы также можно намагнитить, помещая их на короткое время в магнитное поле. Обращение магнитного поля путем перемены направления тока в катушке меняет и направление намагничивания. Как размагничивают магниты Намагниченный стальной брусок можно полностью размагнитить, помещая его внутрь катушки, через которую пропущен переменный ток, и затем медленно вынимая оттуда. Другой способ — постепенно уменьшать силу переменного тока до нуля с помощью реостата. Временное намагничивание мягкого железа Пытаясь намагнитить кусок мягкого железа, т.
Если ток выключить, брусок почти полностью потеряет магнитные свойства. Мягкое железо оказывается прекрасным материалом для временного намагничивания, поэтому оно используется для изготовления сердечников электромагнитов в электромоторах и других электромагнитных устройствах. Мы можем временно намагнитить брусок из мягкого железа, поднося к нему магнит. Если N-полюс магнита находится около конца А бруска АВ, то стрелка компаса покажет, что брусок приобрел магнитные свойства, причем его южный полюс оказывается в А, т. Если же мы унесем магнит, эти полюсы сразу исчезнут. Теперь вы можете понять, почему ненамагниченные железные опилки притягиваются к магниту. Он намагничивает эти небольшие кусочки железа, но неоднородное магнитное поле оказывает неодинаковое воздействие на их полюсы. Кусочки железа, близкие к северному полюсу магнита, будут иметь на краю, обращенном к магниту, южный полюс, и этот полюс будет сильно притягиваться к магниту.
Их северный полюс будет находиться дальше от магнита, т. Таким образом, опилки будут сильнее притягиваться к магниту, чем отталкиваться от него[68]. Обобщая эти рассуждения, можно сказать, что магнит притягивает любой ненамагниченный кусок железа, создавая в нем временное намагничивание. Даже маленькая компасная стрелка будет временно намагничивать железный брусок. Будучи более подвижной, чем тяжелый брусок, стрелка будет сама поворачиваться и указывать в его сторону. Ее вращение говорит нам только о том, что как стрелка, так и железный брусок могут намагничиваться и что по крайней мере один из них уже намагничен. Следовательно, наблюдая притяжение, нельзя сказать, являются ли магнитами оба тела. Однако такое заключение легко сделать, если мы увидим, что они отталкиваются.
Магнитные и немагнитные материалы Если попытаться намагнитить образцы из меди, железа, стекла и других материалов, помещая их в соленоид с током, то выяснится, что лишь некоторые из этих образцов обнаруживают магнитные свойства. Такие материалы мы называем магнитными. К ним принадлежат железо, многие железные сплавы, никель. Ряд веществ, как, например, жидкий кислород и некоторые соединения железа, тоже в слабой степени проявляют магнитные свойства, но большинство веществ немагнитно. Основываясь на этом, мы говорим, что немагнитные вещества невозможно намагнитить в противоположность магнитным, и последние, если они намагничены, мы называем магнитами. Более тонкие опыты опровергают это простое правило. Многие вещества при помещении их в магнитное поле обнаруживают слабые временные магнитные эффекты, и мы можем проследить их магнитные свойства вплоть до атомного уровня. Более того, мы в состоянии показать, что некоторые атомы, сами являются магнитами, и знаем способ который будет описан далее , как измерить их магнитные свойства.
Даже те немногие металлы, как, например, железо, которым свойственны значительные магнитные эффекты и которые могут служить материалом для постоянных магнитов, также обязаны своими свойствами атомному магнетизму. Их атомы обладают специфической способностью объединяться, при этом атомные магнитики выстраиваются-особым образом, создавая прочные постоянные группы. Атомная теория предсказывает также и другие магнитные свойства атомов. Весьма забавно, что результатом этих предсказаний является отрицательный магнетизм, совсем не похожий на тот, с которым мы всегда встречаемся, и теория утверждает, что им, хотя и в очень слабой степени, обладают все вещества. На чем основаны эти предсказания? Достаточно ли они правдоподобны? Наблюдался ли этот отрицательный магнетизм на опыте? Если да, то почему же не для всех веществ?
На эти вопросы мы кратко ответим в гл. Магнитное поле электрического тока Опыты говорят нам о том, что всякий электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Магнитное поле, окружающее длинную катушку из проволоки, которую часто называют соленоидом, очень похоже на поле намагниченного стержня. При детальном сравнении оказывается, что конфигурации внешних магнитных полей такого стержня и соленоида, имеющего ту же форму и размеры, попросту одинаковы. Можно показать, что внутри полой катушки магнитные силовые линии идут плотным параллельным пучком, образуя сильное однородное магнитное поле. Задача 2 Почему лучше намагничивать стальной стержень, помещая его внутри соленоида с током, а не снаружи? Задача 3 На чертеже а фиг. Если уменьшать длину соленоида, сжимая его, как гармошку;, конфигурация поля будет меняться, как показано на чертеже б.
Представим себе, что катушка сжата до предела чертеж в , так что превратилась в один виток. Можете ли вы предсказать, как будет выглядеть магнитное поле витка с током, представив себе характер сжатия силовых линий? Изобразите ожидаемую конфигурацию поля. Согласуется ли она с опытом? Задача 4 Внешнее магнитное поле соленоида совпадает с полем намагниченного стержня одинаковых размеров и формы. Какую же форму имел бы магнит, создающий такое же поле, как и виток с током в? Нарисуйте или опишите этот эквивалентный магнит. Если ее подвесить, она будет поворачиваться до тех пор, пока ее ось не укажет в направлении N-S.
Она ведет себя так, как будто имеет на концах «полюсы», которые притягивают или отталкивают полюсы других магнитов. Небольшая катушка с током, помещенная в магнитное поле Земли, магнита или другой катушки, будет поворачиваться наподобие стрелки компаса, пока ее магнитная ось не станет параллельной внешнему полю. Магнитное поле прямого провода с током Есть один особый очень важный случай проводника с током, когда нельзя подобрать эквивалентного магнита одинакового размера и формы. Это случай длинного прямого провода с током. С помощью железных опилок или крошечного компаса можно показать, что магнитные силовые линии такого проводника представляют собой опоясывающие его окружности, расположенные, разумеется, не в одной плоскости, а повсюду вокруг него. Магнитное поле сильнее вблизи провода и ослабевает вдали от него. Этот первый эффект магнитного действия электрического тока был открыт следующим образом. В конце своей лекции о свойствах электрического тока датский ученый Эрстед поместил токонесущий провод около компасной стрелки и был до глубины души изумлен, увидев, что стрелка повернулась.
Когда известие об этом открытии распространилось по Европе, оно породило целую лавину исследований. Ампер и другие ученые, пытаясь объяснить эти опыты, вскоре ввели в физику понятие электромагнитного поля. Явление, обнаруженное Эрстедом, представлялось крайне удивительным. Таким образом, силы действовали на компасную стрелку не в направлении прямой, соединяющей ее полюс с проводником, а в перпендикулярном направлении. Последующие опыты подтвердили это заключение и показали, что сила, действующая со стороны магнита на ток, перпендикулярна как направлению магнитного поля, так и направлению тока — проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает боковое усилие. Эти новые силы полностью отличались от уже известных обычных сил, таких, как, например, силы тяготения направленные по прямой от одной массы к другой или силы, возникающие при столкновении упругих шаров или молекул которые отбрасывают их в противоположные стороны , а также силы притяжения или отталкивания , действующие по прямой между электрическими зарядами и между магнитными полюсами. До открытия Эрстеда были известны только такие силы, которые действуют вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие тела. Незадолго до Великой Французской Революции школа мыслителей, включая Вольтера и других, создала механистическую философию полностью предсказуемой Вселенной, основываясь на концепции таких простых сил.
Когда обнаружилось, что новые электромагнитные силы зависят от скорости движения электрических зарядов тока , они стали казаться еще более странными. Это были силы, которые увеличивались с ростом скорости и действовали перпендикулярно ей! Однако именно такие силы заставляют работать электрический двигатель. Мы можем проиллюстрировать происхождение этих сил с помощью карты магнитного поля. Круговое магнитное поле, окружающее прямолинейный проводник с током, само по себе несколько необычно, но и только. Однако в комбинации с однородным магнитным полем оно создает отклоняющие силы, без которых невозможна работа электродвигателей, измерительных приборов, телевизионных трубок и некоторых гигантских ускорителей заряженных частиц. Чтобы продемонстрировать, откуда возникают эти силы, изобразим магнитные силовые линии с помощью векторов. Магнитное поле действует как катапульта Мы сможем предсказать направление действия результирующей силы, складывая векторы сил, отвечающих двум различным полям.
Конфигурация однородного магнитного поля — это ряд равномерно идущих параллельных силовых линий, как показано на фиг. Мы рисуем эти окружности сгущающимися вблизи проводника, чтобы показать, что поле около него сильнее. Векторное сложение этих двух полей дает примерно ту же картину, что мы получили в гл. Поэтому мы поступим точно так же, как и раньше. Изобразим оба поля вместе, как на фиг. Метод сложения векторов и доказательство выталкивающего действия магнитного поля на проводник с током. В некоторой произвольной точке А нарисуем стрелки-векторы, отмечающие напряженности обоих полей, одну в направлении однородного магнитного поля, а другую по касательной к окружности. Сложим эти векторы и обозначим результирующее направление короткой стрелкой, выходящей из А.
В другой точке В однородное поле не меняется, а поле, создаваемое током, ослабевает. Сложим опять их векторы и снова обозначим результирующее направление короткой стрелкой, исходящей из В чертеж г. Нанесем множество таких стрелок по всей диаграмме. Они покажут нам направление результирующего поля, которое мы хотели найти. Начертим силовые линии этого поля, проходящие через стрелки чертеж д. Здравый смысл подсказывает нам следующие очевидные выводы: а Вблизи проводника преобладает магнитное поле, создаваемое током, и силовые линии суммарного поля практически совпадают с окружностями, в центре которых находится проводник. В этой точке оба поля полностью компенсируют друг друга. Чтобы правильно начертить конфигурацию результирующего магнитного поля, нужно запастись терпением.
К счастью, карту поля можно получить, пользуясь косвенными геометрическими методами основанными на математическом соотношении, которое обычно записывается , и тому, кто их знает, будет легко вычертить ее на нашей диаграмме. Соответствующая картина показана на фиг. Если, следуя Фарадею, мы будем видеть в магнитных силовых линиях графическое изображение реальных сил, которые действуют на магниты и проводники с током, то придем к заключению, что результирующее магнитное поле, изображенное на последнем рисунке, будет тянуть проводник вниз. Таким образом, здесь мы имеем дело с поперечной силой, перпендикулярной как проводнику, так и направлению однородного магнитного поля. Разглядывая эти картинки, мы можем сказать, что результирующее поле действует наподобие катапульты или рогатки фиг. Опыт, демонстрирующий конфигурацию магнитных силовых линий при взаимодействии токов. Поперечная катапультирующая сила[71] Действует ли на самом деле эта сила непосредственно на проводник с током, проходящий поперек магнитного поля? Проверьте это на опыте, используя гибкий провод, электрическую батарею и подковообразный магнит.
Включайте электрический ток при различных положениях проводника в сильном однородном поле между полюсами магнита. Если ток достаточно велик, то, как мы и ожидали, возникает поперечная сила, смещающая провод в сторону см. Но для электрического тока не обязательно нужен проводник; он может быть и просто пучком заряженных частиц, например электронов. Такой электронный луч также отклоняется магнитным полем, — этот эффект, широко используемый в практических целях, мы рассмотрим в гл. Чтобы эффект был сильнее, магнитное поле должно быть перпендикулярно электрическому току или пучку электронов, так как продольная компонента поля не оказывает на них никакого влияния. Испытайте действие намагниченного стержня на электроннолучевую трубку.
Все значения тягового усилия тестируются в лаборатории. Они проверяется в различных конфигурациях. Пример 1: Максимальное тяговое усилие создается между одним магнитом и толстым, плоским стальным листом толщиной не менее 2 см.
Пример 2: Максимальная сила тяги создается с помощью одного магнита зажатого между двумя толстыми, плоскими, стальными пластинами. Пример 3: Максимальное тяговое усилие создается на магнит притягивая к нему другой магнит такого же типа. Все значения являются средними, так как показания зависят от многих факторов, толщины и состава пластин, угла отрыва. Какие материалы я могу использовать, чтобы блокировать магнитные поля? Магнитные поля не могут быть блокированы, они могут быть только перенаправлены. Единственными материалами, которые перенаправляют магнитные поля являются материалы, которые ферромагнитны притягиваются магнитами , такие как железо, сталь , кобальт и никель. Степень перенаправления пропорциональна проницаемости материала. Наиболее эффективный защитный материал никель. Будет ли магнит с силой притяжения 40 кг.
Поскольку значения тягового усилия тестируются в лабораторных условиях, вы, можете, не достичь той же силы сцепления в реальных условиях. Эффективное тяговое усилие уменьшается на неровной поверхности металла, перпендикулярности отрыва, толщине стали и т. Купить неодимовый магнит для проведения опытов можно на нашем сайте. Неодимовые магниты n35, n38, n42, n52 в чём разница? Класс, или марка "N" магнита относится к максимальному энергетическому произведению материала. Для примера магнит класса N42 имеет максимальное энергетическое произведение в 42 MGOe. Чем выше оценка число после N , тем сильнее магнит. Самая высокая степень неодимовых магнитов, имеющихся в настоящее время является N52. Является ли один полюс сильнее другого?
Нет, оба полюса одинаково сильны. Можно ли резать или сверлить неодимовые магниты? Материал бор, железо, неодим очень тверд и хрупок, поэтому обрабатывается трудно. Алмазный инструмент и абразивы являются предпочтительными методами обработки неодимовых магнитов. Обработка неодимовых магнитов должна осуществляться только опытными специалистами, знающими степень риска и безопасности. Тепло, выделяемое в процессе обработки может размагнитить магнит и привести к его возгоранию, создает угрозу жизни.
Почти понятно о магнетизме… тайная сила камня магнита
Почему магнит притягивает железо, а не алюминий? Железо притягивается к магнитам из-за его высокопроводящей природы. Сила притяжения не такая, как в случае с углеродистой сталью, чтобы почувствовать притяжение потребуется неодимовый магнит. Какое железо притягивает магнит.