Любой магнит, любого размера, даже самый маленький имеет северный и южный полюса. В новом выпуске программы обратимся к учебнику физики и выясним, почему магнит обладает свойством притягивать предметы. Если вам понравилась эта статья, почему бы также не прочитать о том, почему магниты притягивают металл или факты о счетах? Поскольку мы регулярно подвергаемся воздействию магнитов, которые, как мы знаем, притягивают железо, возникает вопрос: можно ли извлечь железо из крови с помощью мощного магнита? В новом выпуске программы обратимся к учебнику физики и выясним, почему магнит обладает свойством притягивать предметы.
Какие металлы магнитятся?
| Почему у магнита два полюса? – Tokzamer | Как и другие постоянные магниты, неодимовый магнит притягивает только ферромагнетики. |
| Почему магнит притягивает металл ? | это материалы, которые генерируют поле, которое притягивает или отталкивает некоторые другие материалы (например, железо и никель) с определенного расстояния. |
Неодимовый магнит – суперсильный и суперполезный
| Какая сила заставляет магнит притягивать, и как её применяют | Узнайте, почему магнит притягивает железо. Краткое объяснение, почему магнит притягивает железо. Блог магазина Магнитов на Коломенской. |
| как Поле действует на объект? например магнит притягивает железо почему это происходит | 1. магниты притягивают железо в крови. |
| Магнит и магнитное поле: почему притягивается только металл? | Неодимовый магнит (точнее неодим-железо-бор) является сильнейшим постоянным магнитом в мире. |
Новосибирский школьник «притягивает» к себе ложки и мелочь — его мама сняла это на видео
это материалы, которые генерируют поле, которое притягивает или отталкивает некоторые другие материалы (например, железо и никель) с определенного расстояния. почему магниты магнитят, смысл магнитов, суть магнитизма, магнитный эффект И так, с самой сутью магнита и его природой действия разобрались. Два магнита будут притягиваться друг к другу, если соединить их разноименные полюса (Северный с Южным). Это объясняет, почему железо притягивается к магниту с большой силой. Особенность железа в том, что в магнитном поле внешние электроны его атомов ориентируются определенным образом. Дак и я не сомневаюсь что магнит притягивает железки и могу померить параметры этого притяжения.
«Что такое магнит и почему он притягивает железо?» Учёные ответы на детские вопросы...
Магнит может притягивать чаще всего такой металл как железо. Почему магнит притягивает лишь определенные вещества? 2) Почему магнит притягивает только предметы из железа, никеля и кобальта? Неодимовые магниты содержат железо, а это значит, что они подвержены коррозии. Даже элементарная влага из воздуха способна привести со временем к появлению ржавчины, ослаблению мощности, разрушению. Пока железо и магнит притянуты друг к другу, их магнитные поля остаются в параллельном направлении.
Почему у магнита два полюса?
Всё в нём достаточно просто. Давайте же в этой статье рассмотрим причину и природу, что стоит в основе работы магнита. Итак, прежде всего начнём со следующего. Думаю Вам приходилось слышать, что основой работы любых электрических приборов является движение электрического тока по внутренним цепям устройства. Электрический ток представляет собой маленькие электрические частицы, имеющие определённый электрический заряд и упорядоченно передвигаемые внутри проводников всего того, что проводит через себя ток при появлении такой возможности когда возникает замкнутая цепь. Частицы с отрицательным зарядом принято называть электронами. Именно они в твёрдых веществах совершают свою работу передвижение. В жидких и газообразных веществах передвигаются ионы, имеющие плюсовой заряд. Какая же связь между электрически заряженными частицами и магнитами, выражающую его суть?
А связь прямая! Учёными давно было установлено, что магнитное поле возникает именно вокруг движущегося электрического заряда. Также Вы могли слышать о том, что магнитные поля существуют вокруг обычных проводов, по которым движется ток. Как только ток прекращает своё движение, то и электромагнитное поле также пропадает. Это суть и условие возникновения магнитного поля.
В атомах магнита частицы обладают магнитным моментом, который и порождает силу, притягивающую вещества с высокой магнитной восприимчивостью, каковыми являются металлы. Постоянный магнит имеет два полюса, между которыми и действует магнитное поле. Линии магнитного поля проходят в виде окружностей или эллипсов от одного полюса к другому, поэтому притягивающая сила будет менять величину и направление, если двигать кусок металла вдоль поверхности магнита.
Это отталкивание очень слабое и фиксируется только лабораторными приборами. Парамагнетики всегда притягиваются к ближайшему к ним полюсу магнита. Некоторые парамагнетики при комнатной температуре могут находится в особых фазовых состояниях ферромагнетизм, ферримагнетизм нескомпенсированный антиферромагнетик , скошенный антиферромагнетизм и др. Например, железо, никель, кобальт, гадолиний зимой на улице , и др. Эти же самые парамагнетики могут при этом находится и в состоянии магнита, когда они обладают собственной намагниченностью и собственным магнитным полем. Вот в состоянии магнита, они не только притягиваются к магниту, но и могут отталкиваться от него, если 2 магнита сближать одноименными полюсами.
По имени Ампера такой поверхностный ток называется амперовским. Напряженность магнитного поля Ha, создаваемая амперовским током, равна магнитному моменту единицы объема стержня M. Если в соленоид вставлен железный стержень, то кроме того, что ток соленоида создает магнитное поле H, упорядочение атомных диполей в намагниченном материале стержня создает намагниченность M.
Величина c у парамагнитных материалов немного больше нуля, а у диамагнитных — немного меньше. Лишь в вакууме и в очень слабых полях величины c и m постоянны и не зависят от внешнего поля. Зависимость индукции B от H обычно нелинейна, а ее графики, т. Магнитные свойства вещества весьма сложны, и для их глубокого понимания необходим тщательный анализ строения атомов, их взаимодействий в молекулах, их столкновений в газах и их взаимного влияния в твердых телах и жидкостях; магнитные свойства жидкостей пока наименее изучены. Магнитная сила между проводами Для токов, которые перемещают заряды по проводам, магнитная сила может быть определена как притягивающая или отталкивающий, основанный на расположении проводов относительно друг друга и направлении тока движется. Для токов в круглых проводах вы можете использовать правую руку, чтобы определить, как возникают магнитные поля. Это позволяет определить, насколько петли привлекательны или отталкивают друг друга. Правило правой руки также позволяет определить направление магнитного поля, которое излучает ток в прямом проводе. В этом случае вы указываете большим пальцем правой руки в направлении тока через электрический провод.
Направление сгибания пальцев правой руки определяет направление магнитного поля? Из этих примеров магнитного поля, индуцированного токами, вы можете определить магнитную силу между двумя проводами в результате формирования этих силовых линий магнитного поля. Определение притяжения и отталкивания электричества Магнитные поля между витками токоведущих проводов являются либо притягивающими, либо отталкивающими, в зависимости от направления электрического тока и направления возникающих из них магнитных полей. Магнитный дипольный момент — это сила и ориентация магнита, создающего магнитное поле. На приведенной выше диаграмме результирующее притяжение или отталкивание показывает эту зависимость. Вы можете представить себе силовые линии магнитного поля, излучаемые этими электрическими токами, как вьющиеся вокруг каждой части токовой петли. Если направления петли между двумя проводами противоположны друг другу, провода будут притягиваться друг к другу. Если они находятся в противоположных направлениях друг от друга, петли будут отталкивать друг друга. Магнитная проницаемость и ее роль в магнетизме Магнитная проницаемость m — это величина, характеризующая магнитные свойства материала.
Ферромагнитные металлы Fe, Ni, Co и их сплавы обладают очень высокими максимальными проницаемостями — от 5000 для Fe до 800 000 для супермаллоя. В таких материалах при сравнительно малых напряженностях поля H возникают большие индукции B, но связь между этими величинами, вообще говоря, нелинейна из-за явлений насыщения и гистерезиса, о которых говорится ниже. Ферромагнитные материалы сильно притягиваются магнитами. Многие элементы и соединения являются парамагнитными при всех температурах. Парамагнитные вещества характеризуются тем, что намагничиваются во внешнем магнитном поле; если же это поле выключить, парамагнетики возвращаются в ненамагниченное состояние. Намагниченность в ферромагнетиках сохраняется и после выключения внешнего поля.
как Поле действует на объект? например магнит притягивает железо почему это происходит
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. Однако сопротивление к размагничиванию низкое: в 10-15 раз ниже, чем в современных неодимовых магнитах. Вплоть до 50-х годов и распространения ферритовых магнитов практически не имел аналогов при относительно невысокой стоимости. Например, массово использовался в нагревательных элементах, звукоснимателях, динамиках и так далее.
При производстве более распространённым является так называемый анизотропный метод: способ литья в формы под воздействием внешнего магнитного поля. Это даёт лучшие показатели намагниченности и коэрцитивной силы, чем при изотропном методе производства без внешнего поля. К слову, магниты из альнико до сих пор используются в процессах, где требуется хорошая устойчивость к высоким температурам. Феррит Впервые ферритовые магниты появились ещё в 1930 году, благодаря усилиям Тогда Йогоро Като и Такеши Такеи из Токийского технологического института.
Они смогли добавить в измельчённый магнетит порошкообразный оксид кобальта и при помощи спекания получить первое подобное соединение с неплохими показателями коэрцитивной силы. Изобретение Като и Такеи открыло интересные перспективы, ведь порошок оксида железа — это отходы металлургического производства, стоящие буквально копейки. Получалось дешевле, чем магниты из альнико. В 1935 году японцы основали компанию TDK и приступили к производству ферритовых сердечников и порошка для магнитных носителей — тогда как раз стали появляться первые аудиокассеты.
Но зато лучшая устойчивость к размагничиванию и более низкая стоимость, привели к тому, что с 50-х годов началось массовое производство ферритовых магнитов. После этого есть два способа: прессуют сухим способом и спекают в форме; смешивают с водой и полученную суспензию уплотняют в пресс-форме под действием магнитного поля, сушат и тоже спекают. В завершении магнит проходит механическую обработку и окончательно магнитится внешним полем. Собственно, ферритовые магниты за счёт низкой стоимости активно применяются и сейчас.
Скажем, их можно встретить почти у каждого на холодильнике, а в электронике до сих пор массово применяются так называемые ферритовые кольца. Самарий-кобальт Однако учёные продолжали биться над тем, чтобы применить так называемые редкоземельные металлы. Остаточная намагниченность доходила до 1200 мТл при коэрцитивной силе в 10 раз больше, чем у ферритовых магнитов и уж тем более альнико. А ещё были чрезвычайно устойчивы к агрессивным воздействиям, но оставались хрупкими.
Магниты сначала из самарий-кобальта SmCo5, а потом и из Sm2Co17 нашли своё применение в дорогой аудиофильной продукции например, наушниках или звукоснимателях Fender, а также в военно-промышленных применениях, где требуется химическая и температурная стойкость. Процесс производства редкоземельного магнита в том числе неодима, о чём мы поговорим дальше достаточно похож на производство феррита: Компоненты сплава сначала плавят и смешивают в единой форме, после чего охлаждают до получения однородных слитков. Следующим этапом слитки дробят и превращают в мелкую пыль — это позволяет получить одиночные магнитные домены, из которых и будет состоять наш магнит. При необходимости проводят механическую обработку и дополнительное покрытие для лучшей устойчивости, если это требуется.
Как изобрели неодимовый магнит Однако главной проблемой было то, что компоненты самарий-кобальтового магнита стоили огромных денег. Про кобальт вообще отдельная песня — его самые большие залежи находятся в Демократической Республике Конго. В 70-х годах из-за военного конфликта цены на металл взлетели, что привело к огромному кризису. Джон Кроат — один из творцов неодимового магнита, работавший в лаборатории General Motors Так над созданием более дешёвой альтернативой самарий-кобальта стали работать параллельно две лаборатории: General Motors и Sumitomo Metal Industries.
Для первых, вопрос был особенно важен — в это время как раз разразился нефтяной кризис из-за демарша арабских стран, из-за чего пользоваться автомобилем стало дороговато.
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. Причина, по которой магниты имеют магнитное поле Магниты — это материалы, которые притягивают к себе другие магнитные материалы или полностью их отталкивают. Магнетизм возникает в металле из-за движения в нем электрических зарядов. Мы знаем, что вещества состоят из атомов. У каждого атома есть несколько электронов; это частицы, которые несут электрические заряды. Движение электронов генерирует электрический ток, в результате чего каждый отдельный электрон действует как магнит на микроскопическом уровне.
Это электромагниты. Магнитное поле — это периферийная область магнита, обладающая магнитной силой. Магнетизм — это сила, с которой магниты притягиваются или отталкиваются друг от друга. Направление этих электронов выровнено в случае стержневого магнита. В большинстве немагнитных металлов одинаковое число электронов обычно вращается в противоположных направлениях.
Ритцем и П. Вейссом [ 9 ]. Этим моментом Ритц объяснил спектры атомов, а Вейсс — ферромагнетизм. Будучи другом и коллегой Ритца, Вейсс даже написал душевное предисловие к посмертной книге Ритца.
Электрон вертится от реакции отдачи при выбросе реонов как фейерверочное колесо, выбрасывающее искры и от ударов сходящегося потока реонов, раскручивающих электрон так же, как поток ветра вертит мельничное колесо [ 1 ]. Подобный механизм раскрутки электрона ещё 50 лет назад предложил В. Демиденко, отметивший, что носящиеся в пространстве со скоростью света частицы-переносчики воздействий ударяют в электрон и крутят его, аналогично струе воздуха в опыте Отточека, поддерживающей вращение даже симметричного маховика [ 14 ]. В обоих случаях скорость вращения стабилизируется на стандартном уровне. Вот откуда стандартный магнитный момент электронов: причина в равенстве их размеров и скоростей реонов, задающих стандарт скорости вращения. Не случайно именно Ритц первым предсказал стандартный магнитный момент, ось электрона и осевое вращение элементарных зарядов для объяснения магнетизма и гравитации [ 1 , 9 ]. Но и это открытие хотят ныне приписать квантовым физикам Дж. Уленбеку и С. Хотя Уленбек, приняв вслед за Ритцем магнитный момент и вращение спин электрона для описания атомных спектров, исходно был физиком-классиком и учеником Эренфеста, знакомого с Ритцем и его идеями.
А Гаудсмит, как квантовый теоретик, не имел отношения к открытию спина и лишь подписал работу Уленбека. И вообще кванторелятивисты теперь отвергают вращение электрона, считая спин абстрактным свойством. Ведь вращение электрона означает наличие у него структуры, противореча принципу неопределённости и теории относительности так как окружная скорость V крутящегося электрона вышла бы сверхсветовой. Отметим, что реоны мог бы испускать и не сам электрон, а вытолкнутые им частицы-бластоны B, распадающиеся на расстоянии r0 на реоны рис. Эти частицы предсказал ещё Никола Тесла в честь которого названа единица магнитной индукции B , утверждавший, что "выталкиваемые электроном комья материи… расщепляются на фрагменты столь маленькие, что они полностью теряют некоторые физические свойства",— эти фрагменты реоны и производят своими ударами электромагнитные действия. Орбитальное и осевое вращение электронов объясняет все три типа магнетизма веществ диамагнетизм, парамагнетизм и ферромагнетизм , смотря по их реакции на внешнее магнитное поле B0 и по проницаемости для него. Удивительно, но такое деление веществ на три типа по проницаемости для магнитного поля потока реонов из магнита впервые произвёл всё тот же Лукреций, который, выделив железо, отметил: "Ток из магнита не в состояньи совсем на другие воздействовать вещи. Частью их тяжесть стоять заставляет,— как золото,— частью пористы телом они, и поэтому ток устремляться может свободно сквозь них, никуда не толкая при этом; к этому роду вещей мы дерево можем причислить, среднее место меж тем и другим занимает железо". Самые упрямые и странные — диамагнитные вещества, действующие наперекор внешнему полю.
Однако электроны, летя по орбитам в магнитном поле атома, постепенно теряют энергию, отдаляются от ядра и в итоге его покидают. То есть намагниченность, казалось бы, возникнет лишь вначале, а затем плавно сойдёт на нет, раз генерирующие его электроны выбывают из игры. Выходит, если без поля B0 моменты орбитальных электронов компенсировали друг друга, то во внешнем поле преобладают моменты, направленные против поля и снижающие его. И снижение сохраняется, ибо взамен электронов, покинувших атомы, приходят новые, попадающие в те же условия. Что касается эффекта индукции, то он как раз раскручивает одни электроны, тормозя другие, причём с лихвой. Быстрый прирост поля может намагнитить вещество сильнее хотя ненадолго , чем такой же, но медленный прирост, чего не могла объяснить квантовая физика. Отчасти эффект можно объяснить и влиянием на осевое вращение электронов: эффект индукции мог бы раскрутить одни электроны чуть быстрее, а электроны с обратным вращением — чуть замедлить. Эти сбои частоты вращения и магнитного момента быстро устранит стабилизация частоты вращения электронов в потоке реонов рис. В итоге останутся лишь слабые отклонения моментов электронов от стандарта, объясняющие диамагнетизм свободных электронов, частично вызванный и закруткой электронов вокруг линий поля B0, которую ошибочно трактуют по квантовой теории Ландау.
Проще понять поведение парамагнитных веществ. В них внешнее поле ориентирует магнитики атомов, словно стрелки компасов на столе, создающие при параллельной ориентации добавочное поле намагниченность M , направленное вдоль внешнего поля B0 рис. Однако тепловое движение атомов, их столкновения то и дело сбивают этот порядок, как при тряске стола с компасами, отчего их стрелки беспорядочно мельтешат, хотя в среднем больше стрелок, повёрнутых вдоль поля. Наконец, ферромагнетизм связан с постройкой вдоль поля осевых магнитных моментов атомных электронов рис. По мере увеличения внешнего поля B0 растёт его ориентирующее действие и собственное поле M ферромагнетика. Когда оси всех электронов установятся параллельно, намагниченность M перестанет расти — наступит насыщение рис. Эта кривая намагничивания ферромагнетика была открыта А. При снятии внешнего поля намагниченность не исчезает, а лишь снижается гистерезис , ибо намагниченный образец, создав сильное поле, уже сам поддерживает свою намагниченность. Так и создают "волшебные" камни-магниты, образованные элементарными магнитиками-электронами.
В классике это казалось немыслимым: раз образующие ток электроны могут двигаться с любой скоростью и по любым орбитам, то и поток принимает любые значения. А в квантовой механике орбитальный момент импульса электронов меняется дискретно, отчего дискретно меняется и поток. И всё же опыт легко объясним классически, ведь магнитное поле сверхпроводника реально создаётся не током проводимости, так как рассечение сверхпроводящего кольца не меняет магнитного поля [ 15 ]. Скорее, по гипотезе, выдвинутой ещё в 1915 г. Томсоном и возрождённой В. Федюкиным [ 15 ], сверхпроводник генерирует поле так же, как магнит,— крутящимися электронами. Магнитное поле магнита создано параллельными магнитными моментами электронов. А раз их величина стандартна, то и общее магнитное поле, и поток этого поля меняется дискретно. Точнее, дискретно меняется число n электронов, у которых моменты не скомпенсированы встречными.
Такой сверхпроводник напоминает антиферромагнетик, где магнитные моменты соседних электронов противоположны, отчего лишь малая часть нескомпенсированных моментов создаёт слабое остаточное поле, меняющееся дискретно рис. Всё это ещё раз доказывает сходство сверхпроводимости и ферромагнетизма. Поэтому в существовании высокотемпературных и керамических сверхпроводников отрицавшихся квантовой теорией до их создания не больше странного, чем в сильных керамических магнитах, работающих при комнатных температурах. Хотя есть вещества, становящиеся ферромагнетиками лишь при очень низких температурах, как сверхпроводники. Осталось выяснить, почему в магнитном поле моменты электронов и атомов ориентируются упорядоченно, порождая ферромагнетизм и другие явления. Полагали, что в классической теории такое невозможно: хотя внешнее магнитное поле и создаёт момент сил, стремящийся развернуть атом или электрон по полю, но за счёт вращения они прецессируют, словно волчок, вокруг направления магнитного поля. А в квантовой теории направление магнитного момента частиц квантуется,— моменты частиц направлены к внешнему полю лишь под строго заданными углами и скачком уменьшают этот угол. Но реально и классическая теория ведёт к установлению электронов и атомов вдоль поля, если учесть трение, от которого эти микромагниты сокращают размахи, как стрелки компаса, пока не установятся вдоль поля так же отклоняется под действием момента сил волчок, скажем в гирокомпасе. В итоге трение от столкновений атомов сокращает их колебания в поле, ориентируя их магнитные моменты вдоль внешнего поля, которое за счёт этого усиливается [ 12 ].
Для электронов это трение тоже вызвано столкновениями, но уже при испускании и поглощении потоков реонов, тормозящих качания, прецессию за счёт электродинамической необратимости, открытой Ритцем. Это так называемое радиационное трение, сопровождаемое излучением электромагнитных волн ускоренно движущимися, колеблющимися зарядами. Итак, в магнитном поле электрон или атом должен излучать электромагнитные волны на частоте своих качаний. Такое явление известно в форме магнитного резонанса, при котором электроны и атомы эффективно поглощают и испускают электромагнитное излучение на частоте собственных колебаний или прецессии ларморовской частоте. Излучение на этой частоте при колебаниях ведёт к потере энергии атомом и ослаблению колебаний, к постройке всех атомов, электронов вдоль поля и появлению общего магнитного момента у ферромагнетика при намагничивании. На этом основан принцип действия магнитных холодильников, отбирающих энергию у атомов и электронов, колеблющихся в магнитное поле. Впрочем, и без внешнего поля магнитные моменты электронов устанавливаются параллельно, образуя домены — области спонтанной намагниченности, предсказанные П. Вейссом и экспериментально открытые Н. Акуловым [ 12 ].
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.
Результат этого опыта очень напоминает тот, о котором мы говорили в гл. Попытки получить отдельный магнитный полюс. Начала теории магнетизма Вернемся к стальным магнитам и проведем еще один опыт. До сих пор в каждом магните мы всегда находили два полюса. Спросим себя, можно ли отделить северный магнитный полюс от южного наподобие того, как мы поступали с электрическими зарядами[72].
Попытаемся разрезать магнит пополам. Для этого намагнитим кусок стальной проволоки или пружину от часов. Убедимся с помощью железных опилок, что на концах магнита образовались полюсы, а небольшой компас поможет нам определить, где северный полюс, а где южный. Затем с помощью ненамагниченных ножниц разрежем магнит посередине и исследуем полюсы каждой половинки. Как бы в насмешку над нашими попытками, в местах разреза возникают новые полюсы.
Мы получили просто-напросто два новых магнита. Это необычное свойство магнитов тут же ставит перед нами два новых вопроса: 1 Сколь малые магнитики можно получить, разрезая магнит на все более мелкие части? Попытки разобраться в этих вопросах привели к созданию теории магнетизма, одинаково хорошо объясняющей все магнитные явления — от обычных свойств магнитов до важнейших деталей магнитной структуры атомов. Полностью неверно также и то, что мы в состоянии раскрыть природу вещей путем одного только наблюдения. Если бы это было так, то развитие науки оказалось бы гораздо более легким, и занятие ею было бы по силам каждому.
Однако в действительности в научном исследовании порой приходится применять очень трудоемкие и искусные методы, чтобы исключить то, что кажется основным для обычного наблюдателя… Теории — это отправные точки или вершины, с которых можно увидеть вещи в их взаимосвязи. Они, как указал Ченси Райт, глаза и уши ученого, необходимые ему, чтобы предвидеть и открывать явления, до поры до времени скрытые». В этой связи следует отметить два обстоятельства. Во-первых, в науке, как и в любом другом виде человеческой деятельности, мы не можем обойтись без твердой точки зрения. То, что представляется противоречащим нашей теории, при тщательной проверке может, наоборот, оказаться ее подтверждением или следствием…» «Второе, и самое важное, обстоятельство заключается в том, что научная гипотеза обычно отвергается только в том случае, когда становится очевидным, что другая гипотеза лучше согласуется как со всеми предыдущими наблюдениями, так и с новыми фактами.
Таким образом, путь к настоящему познанию состоит не в том, чтобы избегать теорий и предвидения, а в том, чтобы систематически умножать их число. Это позволит нам иметь несколько различных точек зрения и предохранит нас от излишней уверенности в правоте какой-либо одной из них. Вот почему логические или математические методы в физике, химии, общей биологии и других теоретических науках столь плодотворно помогают нам открывать еще неизвестные факты». Как построить теорию? Какую же теорию магнетизма хотели бы мы построить?
Прежде всего нам нужна теория, способная объяснить результаты наших опытов и помочь лучше понять природу магнетизма, служа нам как бы справочником понятий и идей. В предыдущих разделах мы рассказали об общих свойствах магнитов, которые были получены в результате опытов и большинство которых известно уже несколько веков[74]. Мы едва ли могли бы создать полезную для себя теорию, не основываясь на фактах, почерпнутых из опыта. Конечно, можно было бы начать и с таких утверждений: «Магниты таковы, какие они есть. Что бы ни содержалось внутри магнитов, это как раз то, что необходимо, чтобы обеспечить им нужные свойства.
Стали присущ «магнитотропизм», т. Это и есть моя теория магнитов». Подобная теория была бы безусловно «правильной», но совершенно бесполезной, и разумный исследователь не стал бы терять на нее время[75]. Итак, мы начнем с простой теории, объясняющей, почему у магнитов есть полюсы. Магнитный полюс — это не экспериментальный факт, это представление, искусственная идея, которой мы пользуемся, когда интерпретируем свои опыты.
В ходе этих опытов мы приходим к выводу, что на самом деле полюсов не существует. Однако это не может само по себе разрушить нашу простую теорию. Мы будем придерживаться ее до тех пор, пока она не перестанет нам служить. Представление о полюсах обогащает наш словарь, но оно не в состоянии подсказать нам новые опыты или позволить лучше понять суть дела. Так что, не отказываясь от термина «магнитный полюс», давайте все же поищем лучшую теорию.
Сейчас мы уже вооружены некоторым опытом и можем отважиться на смелые предположения. Попытаемся же построить некоторую общую схему или картину и сделаем из нее в свою очередь новые заключения, которые подвергнем затем проверке опытом. Поэтому мы вправе спросить себя: связаны ли свойства магнитов со специфическим поведением составляющих их атомов или молекул? Задав этот вопрос, сразу же проведем опыт. Попробуем разломать магнит, чтобы узнать, что у него внутри.
В глубине души мы питаем надежду, разрезав магнит пополам, отделить друг от друга его северный и южный полюсы. Однако наш опыт дает неожиданный результат. В месте излома возникает пара разноименных полюсов, так что каждый из двух кусков представляет собой новый самостоятельный магнит. Если мы разломаем магнит осторожно, без сотрясения, то увидим, что сила, с которой полюсы притягивают железные предметы, осталась прежней, т. Можно разрезать магнит на очень большое число кусков, и каждый из них также останется магнитом.
Если мы попытаемся снова составить эти куски друг с другом, то едва только их края придут в соприкосновение, новые полюсы как будто исчезнут. Можно думать, что на самом деле они не исчезли, а просто не дают внешнего магнитного поля, поскольку их поля противоположны и практически нейтрализуют друг друга. Продолжая мысленно разрезать магнит на все более и более мелкие части, мы убедимся, что нам придется остановиться на той стадии, когда мы поделим его на мельчайшие «элементарные» магнитики. Примерно сто лет назад считалось, что ими являются как раз молекулы или атомы железа. Сейчас мы склонны думать, что эти магнитики составлены из групп атомов, по многу миллионов в каждой, которые называются «доменами» и видимы в микроскоп.
Но пока мы скажем о них только то, что они представляют собой очень маленькие и крайне многочисленные простейшие магнитики, поэтому можно вообразить себе магнит разрезанным на множество таких крошечных элементарных магнитов. Составив их вместе, чтобы получить один большой магнит, мы бы заметили, что эти магнитики выстроились таким образом, что северный полюс одного примыкает к южному полюсу соседнего, так что их внешние поля взаимно компенсируются всюду, кроме концов магнита. Там на одной торцевой плоскости наружу будут обращены все N-полюсы, а на другой — S-полюсы элементарных магнитиков. Таким образом, можно, если хотите, представить себе, что обычный магнит заполнен выстроенными подобным образом маленькими магнитиками, хотя пока в такой сложной картине еще мало пользы.
как Поле действует на объект? например магнит притягивает железо почему это происходит
Таким образом, магниты притягивают только железо из-за взаимодействия их магнитного поля с магнитными моментами электронов в атомах железа. Может ли мощный магнит притянуть железо в нашей крови? вот говорят, подобное тянется к подобному, а как же тогда "противоположное притягивается" например магнит? Магнит может притягивать: железо, чугун, сталь, никель. Тем не менее немногие способны объяснить, что заставляет магнит притягивать, и почему его силе подвластно именно железо.
3 разных типа магнитов и их применение
| Магнит железо почему притягивает металл - Информационный портал о сетевых магазинах России | Наука - 24 декабря 2020 - Новости Новосибирска - |
| Почему магнит притягивает металл ? | Почему к постоянному магниту не притягиваются одни материалы, зато отлично «липнут» другие? |
| Какой цветной металл магнитится | 1) Магниты притягивают и захватывают небольшие кусочки железа. |
| Почему у магнита два полюса? | В новом выпуске программы обратимся к учебнику физики и выясним, почему магнит обладает свойством притягивать предметы. |
| Расплавленное железо и магнит: необычный эксперимент | 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. |