Тем не менее немногие способны объяснить, что заставляет магнит притягивать, и почему его силе подвластно именно железо. Сила притяжения не такая, как в случае с углеродистой сталью, чтобы почувствовать притяжение потребуется неодимовый магнит. В атомах магнита частицы обладают магнитным моментом, который и порождает силу, притягивающую вещества с высокой магнитной восприимчивостью, каковыми являются металлы.
Магнит и магнитное поле: почему притягивается только металл? .
- Почти понятно о магнетизме… тайная сила камня магнита
- «Что такое магнит и почему он притягивает железо?» Учёные ответы на детские вопросы...
- Магнит железо почему притягивает металл
- Суть магнита. Почему магниты магнитят. Природа и принцип действия магнитов и электромагнитов.
Новосибирский школьник «притягивает» к себе ложки и мелочь — его мама сняла это на видео
Почему некоторые предметы не притягиваются к магниту Ответ на данный вопрос заключается в необычной связи атомов железа, которая в отличие от других веществ, является скоординированной. Какой металл не липнет к магниту Все железо магнитися. Сплавы с его содержанием тоже притягиваются к магниту, например такие как, сталь, чугун. В свою очередь не притягиваются к магниту разновидности цветных металлов, такие как, золото, платина, серебро, олово. Что притягивает магнит сильнее всего Мы видим, что большим притяжением обладают полюса магнита, а центр не притягивает опилки вообще.
Что притягивает железо Магнит может притягивать чаще всего такой металл как железо. Это связано с тем, что у атомов железа и некоторых других металлов есть особенность — между атомами есть особая связь, которая дает возможность ощущают магнитное поле скоординировано. Что будет если человек проглотит магнит Если магнит имеет острые края, очень высок риск повреждения слизистой оболочки пищевода на разную глубину, вплоть до ее полного линейного разрыва. Особенно тяжелые последствия возникают в тех случаях, когда инородное тело извлекается не сразу, а через несколько дней.
Почему магниты притягивают некоторые металлы 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.
Магниты привлекают любые металлы, которые сделаны из железа или металлов с железом в них. Магниты привлекают черные предметы, такие как железо, никель, сталь и кобальт.
Магниты изготавливаются в разных формах, в зависимости от их предполагаемого использования. Магнитное поле сосредоточено вокруг полюсов магнита. Магнитное поле вокруг полюсов не видно, но его присутствие видно при удерживании рядом с ним железного объекта.
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. Так и фазовый переход металла в сверхпроводящее состояние а гелия — в сверхтекучее всегда сопровождается выделением тепла [ 17 ].
Всё это снова доказывает, что природа следует честным классическим правилам, а не туманным квантовым, и лишние сущности, типа переходов второго рода, выдуманных Ландау,— излишни. Классически устроен и атом, где электроны, как показал открывший их Дж. Томсон, спонтанно организуются в упорядоченные кристаллические структуры под влиянием электрического и магнитного поля, формируя электронные слои с правильным размещением электронов [ 11 ]. Не зря Томсон иллюстрировал эффект спонтанной самоорганизации электронов в атоме магнитными поплавками, формирующими в поле центрального магнита правильные структуры. Так же и в электрическом и магнитном поле ядра магнитики-электроны формируют слои из правильно уложенных электронов отсюда стандартные ёмкости электронных слоёв. Способность электронов формировать плоскую кристаллическую решётку подтверждена и опытами, где электроны парили над жидким гелием [ 13 ]. Физик-спектроскопист Р. Вуд тоже изучал подобные эффекты самоорганизации электронов в атоме на примере магнитных шариков, плавающих в ртути и образующих в поле центрального магнита правильные фигуры. При выводе шариков из равновесия они колебались в магнитном поле каждый со своей стандартной частотой.
Этим магнитная модель атома Ритца объясняет стандартные спектры атомов [ 10 ]. Такую самоорганизацию можно наблюдать и в наборе неодимовых магнитных шариков, порой спонтанно слипающихся в кристально чёткие объёмные структуры. Самосборка стандартных упорядоченных систем в поле центрального магнита видна и в магнитной жидкости, и в порошке из железных опилок, которые собираются в периодичные выступы, холмики, образующие сотовую структуру и вытянутые вдоль силовых линий магнита рис. Наблюдают такие системы и в сверхпроводниках, на срезах которых магнитный порошок образует сотовую структуру абрикосовские вихри. Да и цилиндрические магнитные домены формируют сотовую структуру [ 13 ]. Все эти явления спонтанной организации магнитных частиц в правильные структуры объяснимы классически и легко моделируются на ЭВМ как результат взаимодействия магнитных частиц друг с другом и с внешним полем. Но и их хотят свести к квантовым.
Сильные маленькие магнитики, скорее всего, прямо сейчас находятся возле вас, например, в вашем компьютере или смартфоне. На что способны неодимовые магниты? Их главное преимущество перед ферритовыми и другими постоянными магнитами, известными человеку, заключается в высокой эффективности создаваемого магнитного поля, которая выше чем у аналогов примерно в 10 раз. Благодаря мощной силе сцепления с металлами неодимовые магниты могут удерживать предметы, которые в 50 и даже в 100 раз превышают их собственный вес. Например, чтобы отцепить магнитный кубик со стороной 5 мм от металлоизделия потребуется приложить усилие в 1 кг. Крошечные дисковые или прямоугольные магнитики можно использовать в качестве магнитных держателей для предметов, отказавшись от привычных способов крепления, таких как привинчивание или приклеивание. Вы знали? Магнит диск диаметром 8 мм и толщиной 5 мм весит всего 2 грамма и при этом создает усилие более 1,7 килограмма! Сила сцепления магнита на отрыв и сдвиг Неодимовый магнит в качестве вешалки Сила сцепления — важная характеристика неодимового магнита, на которую следует обращать внимание при его выборе. Важно подбирать изделие с определенным запасом по мощности. Существует два вида силы сцепления: на отрыв и на сдвиг.
Бестопливная миниэлектростанция на постоянных магнитах
- Ответы : Почему магнит притягивает железо, а алюминий например нет
- Подносим магнит к яблоку: ищем железо внутри
- Две концепции магнетизма
- Виды постоянных магнитов
- Какой цветной металл магнитится – список лома цветмета для проверки магнитом
Почему магнитится только железо, а алюминий-нет?
Они притягиваются к магниту достаточно сильно — так, что притяжение ощущается. Лучше всего к магнитам притягиваются. Пока железо и магнит притянуты друг к другу, их магнитные поля остаются в параллельном направлении. После эксперимента с лягушкой стало ясно, что магнит способен притягивать все, но почему сильнее всего он притягивает железо? Корабли не разваливались, но магнит притягивает железо. почему магниты магнитят, смысл магнитов, суть магнитизма, магнитный эффект И так, с самой сутью магнита и его природой действия разобрались.
Новосибирский школьник «притягивает» к себе ложки и мелочь — его мама сняла это на видео
| Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом? | Почему магнит не притягивает органические вещества? «У железа и похожих на него металлов есть особенная черта — связь между соседними атомами такова, что они чувствуют магнитное поле скоординированно». |
| Магнит. 4. Почему к постоянному магниту притягиваются и другой магнит, и кусок железа? | В то время как магниты сильно притягивают ферромагнитные металлы, они лишь слабо притягивают парамагнитные. |
Магнит и магнитное поле: почему притягивается только металл? .
Марикур указывает, что в каждом куске магнита имеются две области, особенно сильно притягивающие железо. В новом выпуске программы обратимся к учебнику физики и выясним, почему магнит обладает свойством притягивать предметы. Поля двух магнитов вблизи могут взаимодействовать между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов. Особенность железа в том, что в магнитном поле внешние электроны его атомов ориентируются определенным образом. Причина, по которой магнит притягивает железо, связана с его ферромагнетизмом, который также называют сильным магнетизмом.
Почему магнит притягивает железо?
Вторая черта — наличие полюсов. Чтобы их проверить, достаточно начать приближать один магнит к другому. Притяжение произойдет между разными полюсами южный и северный. Одноименные полюса при этом отталкиваются. Немного о магнитном поле Магнитное поле появляется благодаря электронам, они двигаются вокруг атома, неся отрицательный заряд. Постоянное перемещение производит электрический ток. Движение тока производит магнитное поле, сила которого напрямую зависит от силы тока. Учитывая всю информацию выше, получаем полную связь между электричеством и магнетизмом, которые представляют такое понятие, как электромагнетизм.
Однако магнитное поле получается не только движением электронов вокруг ядра, в большей степени его формирует движение атомов вокруг своей оси. Некоторые материалы имеют магнитное поле, где атомы двигаются без определенного порядка, подавляя друг друга.
Если говорить о металлических предметах, то здесь атомы упорядочены в группы, которые ориентируются в одну сторону. Благодаря возможности воздействовать на атомы, ориентируя их в одном направлении, и сложить магнитные поля, железные предметы могут намагничиваться. 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.
Одни говорят, что это дар, другие — что кожа потная. Но мы не знаем точно, я не могу объяснить это всё, — поделилась Анна.
Источник: Анна Черненко Женщина рассказала, что семья никуда не обращалась, чтобы выяснить, почему именно у Владлена есть такая особенность. Что говорит наука — Для того чтобы тело притягивалось, необходимо действие магнита или проводника с электрическим током. Так как человек не является природным магнитом, то притяжение может возникнуть за счет электричества. Люди могут пропускать через себя электричество. Внутри нас возможно создание токов за счет циркуляции жидкостей, но оно не такое сильное, чтобы к человеку притягивались предметы, — объяснил старший преподаватель кафедры общей физики НГТУ, руководитель театра физического эксперимента Николай Березин. По словам специалиста, в случае с Владленом наиболее вероятно, что предметы не притягиваются, а не отлипают.
Приходится применять следующие виды испытаний: На механическую прочность в исходном состоянии. Большинство сортов нержавейки имеют предел прочности на разрыв не менее 450 МПа. Для оцинковки этот показатель намного ниже — до 300…350 МПа. На твёрдость по Бринеллю НВ. Для нержавейки нормальными показателями считаются НВ 230…300, для оцинкованной стали — НВ 200…250. На пластичность. Удельное усилие, при котором на заготовке появляются трещины, составляет — для оцинкованной стали 170…230 МПа, а для нержавеющей — 350…400 МПа. Различаем оцинкованную и неоцинкованную стали И нержавейка, и оцинковка характеризуются хорошей стойкостью против коррозии, поэтому при небольших сроках эксплуатации сооружений до 10 лет меньшая цена оцинкованной стали может стать решающим выбором. Иное дело, если конструкция рассчитывается на менее длительное время применения, и возникает резон использовать обычную сталь. В таких случаях может потребоваться отличить оцинкованную сталь от неоцинкованной. Разницу между обычной и оцинкованной сталью поможет установить простой тест: Готовим раствор из трёх частей поваренной не йодированной! Выдерживаем образец в течение суток в обычном помещении при комнатной температуре на солнце оставлять нельзя. Осматриваем образец: если на нём не проявляются следы ржавчины, а фактура поверхности неоднородна на обработанных и необработанных участках, то перед вами — оцинкованная сталь. Основа проверки заключается в том, что в результате гальванического цинкования — горячего или холодного — цинк активно проникает вглубь основного металла, внедряясь в его структуру, которая приобретает антикоррозионную стойкость. Обычная сталь такого защитного покрытия не имеет, поэтому насыщенный физиологический раствор активизирует процесс окисления с образованием окиси железа светло-красного цвета. Другой способ отличить оцинкованную сталь от неоцинкованной основан на разных магнитных свойствах металлов. Цинк, например, немагнитен, поэтому приложив к неокрашенной поверхности заготовки обычный магнит, можно установить, имеется ли в её составе цинк или нет. Если поверхность заготовки уже окрашена термостойкой краской, магнит не поможет. Необходимо проводить лабораторные испытания. Наибольшую точность даст тестирование на электронный парамагнитный резонанс ЭПР. ЭПР показывает содержание молекул материала на осциллографе, поэтому оцинкованный прокат будет иметь высокое содержание цинка на внешней поверхности и его наличие во внутренних слоях. При окраске никакого цинка в покрытии не обнаружится. Ещё один метод заключается в микрофотографировании отшлифованного поперечного сечения образца. При цинковании в структуре чётко заметны три интерметаллических слоя, отсутствующие в обычных сталях. В завершение приведём и экзотический, способ — нужно просто… лизнуть стальную поверхность. Оцинкованная сталь, в отличие от обычной, имеет меловой привкус, причём очень отчётливый. Оцинковка или нержавейка: разница в цене окупается в процессе эксплуатации Сделать заказ можно по телефону Наши специалисты с радостью вам помогут Оцинкованная и нержавеющая сталь обладают общими свойствами коррозионной стойкости и устойчивости к воздействиям окружающей среды, что обуславливает популярность применения этих видов металла в строительстве и в производственных целях.
Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом?
Большая часть опилок прилипнет к полюсам магнита. А остаток расположиться в виде сферических линий. Это линии распределения магнитного поля. Этот принцип визуализации магнитных полей используется в промышленной дефеткоскопии. Так называется метод магнитного контроля за состоянием труб на нефтегазовых станциях и теплосетях. По изменению направления этих линий можно судить о состоянии контролируемого объекта, есть трещины или нет. Сегодня все чаще в дефектоскопии используется роботы с начинкой из электромагнитов. Робота закрепляют на трубе. С помощью колесиков он легко передвигается по ней в заданном направлении.
Создаваемое вокруг него магнитное поле, столкнувшись с изъяном, меняется. Прибор улавливает это изменение и, либо издаёт сигнал, либо показывает, что обнаружена трещина. В зависимости от тог, где этот робот эксплуатируется, сосуд или трубопровод — это может привести к самым неожиданным последствиям, вплоть до катастрофы. Поэтому определение и постоянный мониторинг состояния таких объектов — это очень важная задача. Самый большой по размерам магнит нашей планеты — это она сама. Земля, как утверждают некоторые физики, гигантский голубой магнит. Солнце — жёлтый плазменный шар, магнит еще более грандиозный. Галактики и туманности, едва различимые телескопами , тоже непостижимые по размерам магниты.
В XVI веке учёный Уильям Гилберт изготовил стальной шар Gilberts Terrella намагнитив его, он увидел, что в нём получилось два полюса, так появилось предположение, что и Земля является большим магнитом. Уильям Гилберт Gilberts Terrella В настоящее время у учёных нет знаний о том, почему у Земли есть магнитный момент, почему она является магнитом, нет чёткого понимания механизма, который приводит к появлению магнитного поля. Существует лишь несколько теорий. Одна из них утверждает, что в ядре Земли существуют потоки расплавленной плазмы а расплавленное вещество всегда сильно ионизировано , поэтому, если ядро вращается, то получается некий ток. Но это лишь теория. Свои латинские труды он подписывал: Пётр Перегрин.
Все состоит из атомов.
Внутри атомов движутся отрицательно заряженные частицы - электроны. Их движение порождает магнитное поле. У разных материалов электроны в атомах движутся по-разному. Если они хаотично "мечутся" в разные стороны, то магнитные поля гасят друг друга. А если выстраиваются в одном направлении - получается сильный постоянный магнит. Вещества, у которых получается стабильное упорядоченное движение электронов, называются ферромагнетиками. К ним относится железо и его сплавы, никель, кобальт.
Именно из таких материалов делают постоянные магниты. Другие металлы тоже слабо взаимодействуют с магнитами, но упорядочить их электроны очень сложно. Поэтому они не могут самостоятельно становиться магнитами. Почему магнит притягивает железо Теперь становится понятно, что железо - особенный металл. У него получается выстраивать движение электронов в едином порядке.
Так и электрический ток так же имеет множество тонких полей. Поскольку электрический ток это направленное движение электронов, а они не могут слиться в общую массу. Они лишь могут выстраиваться в тонкие колоны, точно также как и домены в постоянном магните. Размеры доменов равны приблизительно 4 мкр. Не трудно подсчитать какое количество магнитных полей уместится на всей площади магнитного полюса. Но и размер электрического поля не превышает размера электрона. А одно магнитное поле может, соединится только с одним электрическим. Это же явление можно рассматривать и с точки зрения разности потенциалов. Современные неодимовые постоянные магниты имеют огромный магнитный потенциал. Значит и на катушках необходимо создать соответствующий электрический потенциал. Или с точки зрения двигателя внутреннего сгорания, использовать высокооктановый бензин. Но топливная смесь в двигателе может быть либо «жирной», когда много бензина и мало воздуха, либо «сухой», когда много воздуха и мало бензина. Также и ток, подаваемый на катушки тоже должен быть не «сухим» и не «жирным». В данном устройстве предпочтительно топливную смесь « подсушить». То есть на катушки следует подавать электроток малой силы и высокого напряжения. Но сила тока зависит от напряжения, делённого на сопротивление катушки. Значит, катушка должна быть намотана тонким проводом с большим количеством витков. Это самая сложная и самая ответственная деталь данного устройства. Китайская компания два года училась делать подобные катушки индуктивности. Но они не совсем то, что нужно для полноценной работы устройства. Катушка должна состоять из двух половин, намотанных в разные стороны. Соединив начала двух катушек в центре, мы получим одну, выходные концы которой будут в наружном слое. Это исключит перехлёст начала обмотки с концом. И исключит возможность короткого замыкания катушки. А также позволит уменьшить зазор между катушками и постоянными магнитами. Это обстоятельство тоже имеет, немаловажную роль, поскольку взаимодействие между магнитами и катушками уменьшается по мере увеличения зазора между ними. К сожалению, найти производителей катушек именно такой конструкции пока не удалось. Но всё же это не та деталь, которую невозможно сделать. Будет спрос, будет и предложение. Основная задача конструкции данного устройства заключается в том, что бы создать кольцо из постоянных магнитов и катушек индуктивности.
Опустил магнит в колодец. Чувствует, что-то мощное прицепилось. Тянет, тянет — отвалился груз. Поднял только сковородку. А к ней изнутри «прикипел» серебряный советский полтинник 20-х годов. На следующий год приехал с насосом, выкачал колодец. На дне крынка с несколькими сотнями серебряных полтинников. Типичный «нэпманский клад», весьма распространенный у нас. Сковородку неведомый хуторянин в сталинские времена вместо крышки смолой приклеил к крынке с сокровищем. В надежде использовать в будущем. Но не смог. Возможно, раскулачили бедолагу, отправили в лагеря. Другой случай: знакомый принес в прошлом году ржавый шкворень, поднятый магнитом в Яузе. А к нему «прикипела» уникальная монета времен Бориса Годунова - золотой угорский. Нумизматам известно всего несколько экземпляров. Один я видел в Эрмитаже. Такими монетами Годунов награждал отличившихся воинов за ратные подвиги. Стоимость монеты — более миллиона рублей. За века золотой «окутала» ржавчина от шкворня, оборотной стороны не видно было. Сейчас она находится в музее истории Москвы. Через несколько забросов - еще один. Порываев как бывший сотрудник спецслужб вынес приговор: «На 99 процентов — от маузера 1934 года. Будем искать сам маузер. У него и магнит мощнее, и веревка длиннее. Честно признаюсь, слова про "сам маузер" я посчитал шуткой. Но каково же было мое удивление, когда минут через двадцать Порываев на самом деле вытянул из пруда «ствол», похожий на карабин. Ржавый, забитый илом, без затвора, деревянный приклад полусгнил. Правда, при ближайшем осмотре марку оружия установить не смогли. Пруд — самое удобное место сбросить оружие, патроны после «мокрого дела». Недаром есть выражение — «концы в воду! Помнишь, на мосту убили Бориса Немцова? Пистолет вскоре нашли неподалеку в Москве-реке. В прошлом году боевые пловцы Росгвардии во время тренировки под Крылатским мостом обнаружили на дне три пистолета - ТТ, Вальтер и Рек Говернмент, магазин от автомата Калашникова, пакет с патронами различного калибра. Об этом пресса писала. Поднятые со дна пистолеты. Тогда фронтовики привозили домой немало боевых трофеев, а потом приходилось от них избавляться. Когда в Нагатинской пойме земснаряды черпали грунт, в отвалах находили пистолеты еще пушкинских времен. А с набережных вдоль оживленных маршрутов общественного транспорта я за одну «рыбалку» поднимал до десятка кошельков. Карманники, орудующие в автобусах, троллейбусах, забирают бумажные ассигнации и спешно избавляются от улик. На монеты и реагирует магнит. Улов на Тропаревском пруду. Подсчитываем «улов».
Какие металлы притягивает поисковый магнит?
Наверняка, многие задавали вопрос, почему игрушки — магнитики притягиваются к металлической дверце холодильника, но не удерживаются на бетонных или деревянных поверхностях. Этому есть научное объяснение, в структуре черного минерала из класса оксидов происходит упорядоченное определенным образом электромагнитное взаимодействие электронов. Толчок взаимодействию дает бозон или фотон, поэтому материал проявляет свои магнитные свойства. Немного истории Происхождение слова «магнит» покрыто тайной.
Ученые склоняются к версии названия, произошедшего от имени греческого пастуха Магнеса, пастух нашел минерал и был удивлен его свойствам. Другая неподтвержденная гипотеза: минерал назван так в честь региона Магнесия, находившегося в Малой Азии. В этом районе были открыты залежи магнетита.
Применение Магниты нашли широкое применение в разных областях деятельности человека. В строительстве используются магнитные фиксаторы или намагниченная вода. В нефтепереработке магнитные элементы препятствуют образованию отложений на трубопроводах, в медицине используются для производства приборов МРТ.
Кусок железа, с ориентацией ядер атомов магнита, окружающим пространством будет подвинут к магниту так, что магнитные линии куска железа будут являться продолжением магнитных линий магнита, образуя как бы общее магнитное поле. Но сила этого магнитного поля будет меньше, чем сила магнитного поля магнита. То есть, сила магнитного поля магнита уменьшится на величину силы, затраченной магнитом на смену ориентации ядер атомов куска железа и возбуждения в нем магнитных свойств. Железо относится к ферромагнетикам, материалам которые обычно считаются магнитными. Они притягиваются к магнитам достаточно сильно.
Эти материалы могут сохранять намагниченность и стать постоянными магнитами. Таким образом, как бы ни располагались около магнита другой магнит или кусок железа, пространство приблизит их друг к другу и соединит строго определенными внешними сторонами. Продолжение смотри в следующей статье. Ставьте лайки и подписывайтесь на канал.
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. Представляет связь между индукцией B и напряженностью H магнитного поля. Для упрощения: чем форма петли шире и выше, тем лучше Чтобы этого добиться, нужно производить некоторые дополнительные манипуляции с ферромагнитными веществами: создавать из них сплавы, превращать в порошок и спекать, намагничивать очень сильным полем, при высокой температуре и так далее.
Проще говоря, подобрать состав и технологию так, чтобы получить идеальную структуру магнитных доменов. Виды постоянных магнитов Перед тем как перейти к истории появления детища Джона Кроата и Масато Сагавы, посмотрим, какие ещё виды постоянных магнитов использовались и используются до сих пор — хотя и значительно уступили свои позиции неодимовым магнитам. Магнетит Самым первым магнитным материалом, с которым столкнулись люди, стал магнетит. Благодаря открытию магнетита в древности появился такой важный навигационный инструмент, как компас, а китайские учёные исследовали целебные свойства магнита на организм человека сейчас есть целое направление медицины — магнитотерапия. Имеет чёрный цвет и характерную кристаллообразную форму. Появляется в результате длительного давления пластов при контакте с кислородом.
Часто имеет вкрапления других материалов: титана, магния, марганца и хрома, из-за чего магнитные свойства разнятся. Температура точки Кюри — 550-600 К. Его интересовали магнитные свойства различных сплавов — добавляя примеси вольфрама, хрома и кобальта, он создал сталь KS. Она обладала высокой остаточной намагниченностью и коэрцитивной силой, что и требовалось при разработке постоянного магнита. В 1931 году ученик Хонды, Токушичи Мусима, нашёл способ, как ещё в два раза увеличить коэрцитивную силу стали, добавив алюминий в определённом соотношении. Так появилась сталь MKM — фактический прародитель альнико.
Поэтому Эрстед начиная с 1813 года вполне сознательно пытался установить связь между электричеством и магнетизмом. Это удалось сделать весной 1820 года, во время очередной лекции по электричеству. Опыт Эрстеда, проведенный в 1820 г. Эрстед на лекции демонстрировал нагрев проволоки электричеством от вольтова столба, для чего составил электрическую цепь. На демонстрационном столе случайно находился морской компас, поверх стеклянной крышки которого проходил один из проводов.
Вдруг кто-то из студентов присутствующих на лекции случайно заметил, что, когда Эрстед замкнул цепь, магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону. Начались исследования обнаруженного феномена. Для начала Эрстед повторил условия своего лекционного опыта. Опыты Эрстеда 1. Магнитные стрелки располагаются на подставке с иглой и могут свободно вращаться.
В свободном состоянии они ориентируются по меридиану Земли, однако, поскольку все они обладают магнитными свойствами, они влияют друг на друга и ориентированы хаотично. Между стрелками расположим проводник из немагнитного материала медь, алюминий. Проводник соединим через ключ с источником постоянного тока. Пока цепь разомкнута и в проводнике нет тока, стрелки не реагируют на присутствие провода. При замыкании цепи стрелки стремятся развернуться таким образом, чтобы быть ориентированными по касательной к окружности, центром которой является проводник рис.
Опыт Эрстеда Изменим полярность подключения провода.
«Что такое магнит и почему он притягивает железо?» Учёные ответы на детские вопросы...
| Какой цветной металл магнитится | Почему магнит притягивает металл? Магниты привлекают любые металлы, которые сделаны из железа или металлов с железом в них. |
| Почему кусок железа притягивается к магниту | Железа же в яблоках крайне мало и притянуть его даже самым сильным магнитом не удасться. |
Магнит железо почему притягивает металл
почему магнит притягивает хлопья? их и вправду обогащают металлической пылью, что ли? хлопья в воде после блендера выделили МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ КРОШКУ: почему банан и киви не реагируют на магнит, если в них связанного железа в разы выше, чем. Притягивается ли алюминиевая фольга в магнит? Узнайте, почему магнит притягивает железо. Краткое объяснение, почему магнит притягивает железо. Блог магазина Магнитов на Коломенской. Стальная полоса станет мощным магнитом и притянет любой железный предмет от гвоздя до холодильника.
«Что такое магнит и почему он притягивает железо?» Учёные ответы на детские вопросы...
Если два магнита расположить вблизи, они начинают направлять магнитные поля строго в одном направлении, другими словами, усиливать друг друга. Южный полюс первого магнита стремится к северному полюсу второго. Если вблизи оказываются пара северных или пара южных полюсов магнитов, их магнитные поля направляются в разные стороны, и магниты отталкиваются. В структуре железа происходят приблизительно такие же процессы, электроны производят вращение в одну сторону.
Если рядом появляется магнит, железо воспринимает его как близкий по структуре материал и стремится соединить свои магнитные поля с полями минерала. Железо само становится магнитом, находясь рядом с минералом. Пока железо и магнит притянуты друг к другу, их магнитные поля остаются в параллельном направлении.
Как только они разъединяются, магнитные свойства железа исчезают. Например, если у вас есть частица, движущаяся вперед в направлении x со скоростьюv, то это значение должно быть положительным. Если он движется в другом направлении, то значение v должно быть отрицательным.
Эти две частицы отталкиваются друг от друга, если магнитные силы, определяемые их соответствующими магнитными полями между ними, нейтрализуют друг друга, указывая в разных направлениях друг от друга. Если две силы направлены в разные стороны друг к другу, магнитная сила притягивает. Магнитная сила вызвана этими движениями частиц.
Вы можете использовать эти идеи, чтобы показать, как магнетизм работает с повседневными предметами. Например, если вы поместите неодимовый магнит рядом со стальной отверткой и переместите его вверх, вниз по валу, а затем удалите магнит, отвертка может сохранить в нем некоторый магнетизм. Это происходит из-за взаимодействующих магнитных полей между двумя объектами, которые создают силу притяжения, когда они нейтрализуют друг друга.
Это определение «отталкивать и притягивать» справедливо во всех случаях использования магнитов и магнитных полей. Следите за тем, какие направления соответствуют отталкиванию и притяжению. Отталкивающая сила магнита Противоположности притягиваются.
Чтобы объяснить, почему магниты отталкиваются друг от друга, северный конец одного магнита будет притягиваться к югу от другого магнита. Северный и северный концы двух магнитов, а также южный и южный концы двух магнитов будут отталкивать друг друга. Магнитная сила является основой электродвигателей и привлекательных магнитов для использования в медицине, промышленности и исследованиях.
Чтобы понять, как работает эта сила отталкивания, и объяснить, почему магниты отталкивают друг друга и притягивают электричество, важно изучить природу магнитной силы и множество форм, которые она принимает в различных явлениях в физика. Расчет магнитных свойств Магнитная индукция поля Земли составляет 0,5Ч10—4 Тл, тогда как поле между полюсами сильного электромагнита — порядка 2 Тл и более. Магнитное поле, создаваемое какой-либо конфигурацией токов, можно вычислить, пользуясь формулой Био — Савара — Лапласа для магнитной индукции поля, создаваемого элементом тока.
Расчет поля, создаваемого контурами разной формы и цилиндрическими катушками, во многих случаях весьма сложен. Ниже приводятся формулы для ряда простых случаев.
Противоположные магнитные полюса притягиваются, поэтому, вблизи географического северного полюса находится магнитный южный полюс. Так Гильберт смоделировал магнитное наклонение, о существовании которого в Европе знали уже более полувека.
Также Гильберт обнаружил, что сильно нагретое железо теряет магнитные свойства, но при охлаждении они восстанавливаются. И наконец, он первым провел четкую границу между притяжением магнетита и притяжением натертого янтаря, которое он назвал электрической силой от латинского названия янтаря electrum. Он развел «по углам» электричество и магнетизм. Несмотря на то что это был чрезвычайно новаторский труд, по достоинству оцененный и современниками, и потомками, после Гильберта наука о магнетизме вплоть до начала XIX века продвинулась очень мало.
Когда будущий автор «Голого короля» и «Дюймовочки» четырнадцатилетним подростком добрался до Копенгагена, он обрел друга и покровителя в лице своего двойного тезки, ординарного профессора физики и химии Копенгагенского университета Ганса Христиана Эрстеда рис. И оба прославили свою страну на весь мир. Ганс Христиан Эрстед 1777—1851 Многие ученые того периода находились под влиянием философских концепций Шеллинга, которые заключались в том, что все силы в природе возникают из одних и тех же источников. Поэтому Эрстед начиная с 1813 года вполне сознательно пытался установить связь между электричеством и магнетизмом.
Это удалось сделать весной 1820 года, во время очередной лекции по электричеству. Опыт Эрстеда, проведенный в 1820 г. Эрстед на лекции демонстрировал нагрев проволоки электричеством от вольтова столба, для чего составил электрическую цепь. На демонстрационном столе случайно находился морской компас, поверх стеклянной крышки которого проходил один из проводов.
Вдруг кто-то из студентов присутствующих на лекции случайно заметил, что, когда Эрстед замкнул цепь, магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону. Начались исследования обнаруженного феномена.
Так что прежде, чем начать изучение атомов, мы должны вкратце познакомиться с магнетизмом. Цель настоящей главы показать, что представляют собой магнитные поля и как они используются для изучения атомов. В ней дается также простая теория магнетизма, которая может служить примером очень хорошей теории. Магниты Магнит — это металлический брусок, который может притягивать небольшие кусочки железа, например железные опилки. К концу нашего повествования мы, возможно, захотим видоизменить это грубое определение, но на том более высоком уровне понимания оно нам уже не потребуется[63]. Вначале перечислим четыре основных свойства магнитов: 1 Магниты притягивают и захватывают небольшие кусочки железа. Магнит притягивает железные опилки.
Подвешенные магниты другой формы также самостоятельно ориентируются, показывая, что у них имеется определенная «магнитная ось», которая стремится принять направление N-S. Подвешенный магнит ориентируется в направлении север-юг. Его конец, указывающий на север, называется северным магнитным полюсом. Определение полюсов магнита с помощью компасной стрелки. Компасная стрелка, которая сама является небольшим, свободно вращающимся магнитом, поворачивается так, что ее северный полюс указывает на южный полюс магнита или ее южный полюс на северный полюс магнита. В действительности, компасная стрелка показывает направление магнитного поля, создаваемого большим магнитом. Силовые линии этого поля исходят из областей вблизи полюсов, но выходят из магнита не под прямым углом, так как в отличие от электрических свойств металла магнитные материалы не являются хорошими магнитными «проводниками». Этот способ — трение магнитного железняка, естественного магнитного материала, о стальной стержень — и был древнейшим способом получения магнитов. Сейчас гораздо проще и лучше намагничивать стержень, помещая его внутрь проволочной катушки, через которую пропущен электрический ток.
Намагничивание стального бруска. Полюсы[64] Те места магнита, которые сильнее всего притягивают железные опилки, называются полюсами. У длинных намагниченных брусков полюсы обычно находятся на концах, хотя, если постараться, можно изготовить магнит и с полюсами в других местах. Пробная компасная стрелка, поднесенная к полюсу магнита, будет точно указывать на этот полюс. Вообще говоря, полюсами следует считать те области магнита, откуда исходит его магнитное действие. Простой намагниченный брусок, свободно подвешенный за середину, будет крутиться до тех пор, пока его полюсы не совпадут с линией, идущей приблизительно в направлении север-юг. Таким образом, за ось магнита можно принять прямую, соединяющую его полюсы. Полюс магнита, который поворачивается к северу, мы сокращенно называем северным полюсом и обозначаем буквой N, вкладывая в это название тот смысл, что этот полюс указывает на север[65]. Опыт 1.
Изготовление магнитов. Поместите стержни из различных материалов внутрь полой проволочной катушки, через которую пропущен электрический ток. Исследуйте магнитные свойства стержней с помощью железных опилок или мелких гвоздей при включенном и выключенном токе. Попробуйте также, как действует переменный ток. Эти эксперименты покажут вам, что 1 большинство веществ, как, например, медь, стекло, дерево, не поддаются намагничиванию; 2 железо, сталь и некоторые сплавы эти материалы называются магнитными можно намагнитить. Они частично сохраняют свою намагниченность и после выключения тока, или если их вынуть из катушки с током; 3 с помощью катушки, через которую пропущен переменный ток, удается размагнитить намагниченный стержень; 4 тем не менее, используя ту же катушку с переменным током, можно сохранить стержень намагниченным; 5 из некоторых сортов закаленной стали выходят отличные постоянные магниты. Мягкое железо намагничивается лишь на то время, когда через катушку течет электрический ток, а после выключения тока оно почти полностью теряет свои магнитные свойства; 6 электрический ток в полой катушке без всякого железного сердечника сам по себе обладает магнитным действием. Опыт 2. Подвешенные магнита.
Подвесьте к кронштейну стержень на шелковой нити. Заметьте его ориентацию и затем поднесите к его концам другие стержни. Открыть или проверить этот закон не так-то легко. Для этого нужны два изолированных полюса, способных двигаться по направлению друг к другу или друг от друга. Мы не можем воспользоваться для этого двумя обычными магнитами, поскольку каждый из них обязательно имеет оба полюса, и должны прибегнуть к специальным ухищрениям, как, например, взять очень длинные магниты, у которых другие полюсы находятся столь далеко, что уже не играют роли. Мы можем также взять небольшие магниты и проверить, совпадают ли силы взаимодействия с теми, которые предсказываются законом обратных квадратов для всех четырех полюсов. Тщательные эксперименты, в которых силы взаимодействия измеряются путем уравновешивания или с помощью крутильных весов Кулона , показывают, что они действительно хорошо соответствуют закону обратных квадратов. Хотя здесь мы и не имеем таких совершенных критериев, как, например, отсутствие электрического поля внутри заря- заряженного металлического ящика в электростатике, зато располагаем другими, вполне удовлетворительными косвенными методами. Опыт 3.
Постоянные и временные полюсы. Подвесьте на нити брусок из мягкого железа. Вы заметите, что 10 Мягкое железо всегда притягивается обоими полюсами магнита. Погрузите магниты в железные опилки. Опустите туда и стержень из мягкого железа. Выньте и снова погрузите один конец стержня из мягкого железа в опилки, а к другому его концу поднесите полюс магнита. Дальнейшие опыты показывают, что это явление объясняется временным намагничиванием мягкого железа, причем направление намагничивания обеспечивает притяжение стержня магнитом. Задача 1 Какие экспериментальные факты еще до того, как вы испробовали действие магнита на подвешенный железный стержень, убеждали вас в том, что мягкое железо легко меняет свою намагниченность? Опыт 4.
Применение компаса. Закрепите магнит на оси так, чтобы он легко поворачивался в горизонтальной плоскости. Именно так и действует стрелка компаса! Некоторые из предыдущих экспериментов можно теперь повторить, поднося к магниту компас фиг. Это даст нам возможность использовать компасную стрелку для маркировки полюсов любого магнита индексами N и S. Острие стрелки компаса, которое приблизительно указывает на север, мы зовем северным полюсом N-полюсом и все аналогичные полюсы других магнитов тоже называются северными. Опыт 5. Временное намагничивание мягкого железа. Найдите с помощью компаса северный и южный полюсы длинного магнита и подержите один из его концов около конца бруска из мягкого железа.
Проверьте, что на каждом конце бруска образуются полюсы. Поверните магнит другой стороной и снова исследуйте железный брусок. Какие полюсы возникли у бруска в том и другом случае? Магнитные поля Мы говорим, что магнит всюду вокруг себя создает магнитное поле, аналогично тому, как электрические заряды создают электрические поля. Линии, вдоль которых двигался бы маленький пробный северный полюс, мы называем магнитными силовыми линиями. Если же возможность получить свободный полюс кажется вам сомнительной, то под ними можно подразумевать линии, вдоль которых ориентируется крошечная компасная стрелка. Оба этих определения эквивалентны: магнитное поле, которое притягивает северный полюс стрелки в направлении вдоль силовой линии, отталкивает ее южный полюс в обратном направлении, заставляя стрелку повернуться вдоль линии. Напряженность магнитного поля мы могли бы по аналогии с напряженностью электрического поля определить как результирующую силу, действующую на единичный пробный полюс со стороны всех расположенных поблизости магнитов. Однако вводить такое определение нет необходимости.
Картину расположения магнитных силовых линий можно воспроизвести, исходя из закона обратных квадратов точно таким же путем, как и для электрических полей. Поэтому большинство рассуждений, касавшихся характера распределения электрического поля, применимо и здесь. Нужно только не забывать о том, что у нас нет таких идеальных проводников магнетизма, какими являются металлы для электричества. И хотя конфигурации силовых линий обоих полей бывают сходными, магнитное поле по своей природе совершенно отлично от электрического. Это два различных силовых поля, и одно из них относится к тем физическим объектам, которые мы называем магнитами, а другое создается обычными электрическими зарядами. Опыт 6. Магнитные поля. Чтобы лучше познакомиться с природой магнитного поля и расположением магнитных силовых линий, проведите опыты с компасной стрелкой. Как бы ни была помещена стрелка, она устанавливается в направлении магнитного поля.
Положите магнит и рядом с ним небольшой компас на лист бумаги. Перемещайте компас в направлении, указываемом его стрелкой. При этом ваш компас будет двигаться вдоль магнитной силовой линии. Отмечайте путь компаса на бумаге. Для этого поставьте карандашом точку прямо против острия компасной стрелки. Передвиньте компас дальше, так, чтобы точка осталась позади. Поставьте следующую точку и т. После этого начните снова и наметьте вторую линию, идущую из другой начальной точки, и продолжайте так до тех пор, пока вы не получите полную картину распределения линий. Вычерчивание карты магнитного поля с помощью компаса.
Приблизьте небольшой компас к северному полюсу магнита и поставьте точку у северного полюса компасной стрелки. Перемещайте компас в направлении, указываемом стрелкой до тех пор, пока точка не окажется сзади ее южного полюса. Снова поставьте точку впереди северного полюса стрелки и т. Возможно, что некоторые линии вам будет удобно начинать от края листа. Вместо компаса можно воспользоваться железными опилками, которые ведут себя как небольшие компасные стрелки, соединяясь в цепочки, идущие вдоль силовых линий. Опилкам труднее поворачиваться, поэтому помогите им выстроиться, легонько постучав по листу бумаги. Сделайте натурные зарисовки силовых линий для различных расположений магнитов. Железные опилки указывают расположение силовых линий. Помните, что несколько расходящихся в разные стороны линий дают лучшее представление об общей конфигурации поля, чем их густое скопление фиг.
На фиг. Сделайте аналогичные карты для различных расположений магнитов, показанных на фиг. Размер каждой карты должен быть с ладонь руки или больше. Советуем вам при составлении карты пользоваться пунктирными линиями. Помните, что небольшое число основных линий лучше передает общую картину, чем густое скопление. Примеры конфигураций магнитного поля. Примеры расположения магнитов для составления карт магнитного поля. Интерпретация карт магнитного поля Составляя карты различных магнитных полей, мы видим, что они могут кое-что рассказать нам о силах, которые действуют на магниты, создающие эти поля. Силовые линии кажутся похожими на упругие натянутые трубки, которые пытаются сокращаться в продольном направлении, одновременно расталкивая друг друга и выгибаясь в сторону, как если бы они были заполнены жидкостью.
Конфигурация линий между северным и южным полюсами напоминает протянутые навстречу щупальца, что говорит о притяжении; между двумя северными полюсами линии сплюснуты и наталкиваются друг на друга, как буфера, что свидетельствует о силах отталкивания. В более сложных случаях можно заметить, что силовые линии как бы растягивают и изгибают магнит. По мере приближения к полюсу силовые линии сходятся все более тесно. Мы уже знаем, что у полюсов магнитное поле становится сильнее закон обратных квадратов. Так что сгущение силовых линий идет рука об руку с ростом напряженности поля. Если детально исследовать самые различные конфигурации силовых линий, то обнаружится, что чем больше сгущаются линии, тем сильнее становится поле. Таким образом, картина силовых линий может дать нам представление о напряженности поля. В более серьезных курсах магнетизма эта идея преломляется в некоторый способ численного определения напряженности магнитного поля по густоте силовых линий. Полезно выработать привычку представлять себе магнитные силовые линии как агенты, посредством которых магниты притягивают и отталкивают друг друга, так как это представление приложимо и к магнитным силам, с которыми электрические токи взаимодействуют с другими токами и магнитами.
Таким образом, карты магнитных полей дают нам в руки способ наглядного изображения действия электрических моторов, амперметров и т. Электрическое поле имеет совсем другую природу, однако конфигурация силовых линий этого поля также может сказать о его напряженности. Можно представить себе, что радиоволны бегут вдоль комбинации силовых линий электрического и магнитного полей наподобие колебаний туго натянутых веревок. Этот пример дает ощущение того, что силовые линии электрического и магнитного полей вполне реальны. Конечно, не следует забывать, что в действительности существуют не силовые линии, а сами поля. Магнитное поле Земли Если воспользоваться компасом, чтобы построить карту окружающего нас магнитного поля, то мы получим ряд параллельных линий, идущих приблизительно с севера на юг. Подвешенный на нити намагниченный стержень, представляющий собой гигантскую компасную стрелку, повернется в том же направлении. Эти линии говорят о существовании магнитного поля, которое, разумеется, останется и после того, как мы уберем все наши магниты. Обследовав всю поверхность Земли, мы увидим, что линии сходятся на севере Канады, а также в некоторой области в Австралии.
Почти повсюду эти линии идут не горизонтально, а наклонены к земной поверхности[67]. Их направление указывает на то, что Земля похожа на огромный магнит с магнитной осью, слегка повернутой относительно географической оси вращения фиг. 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?
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. 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 Для того чтобы сделать магнит, Вам необходимо просто «направить» магнитные домены металла в одном направлении. Для этого вам необходимо намагнить сам металл.
Рассмотрим еще раз случай с иголкой: если магнит двигать постоянно в одном направлении вдоль иголки, происходит выравнивание направления всех его областей доменов. Однако, выравнивать магнитные домены можно и другими способами, например: 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.