Краткое объяснение причин по которым магнит может притягивать железо.
Являются ли магниты металлом? Правда, объясненная любителям науки
В атомах магнита частицы обладают магнитным моментом, который и порождает силу, притягивающую вещества с высокой магнитной восприимчивостью, каковыми являются металлы. Марикур указывает, что в каждом куске магнита имеются две области, особенно сильно притягивающие железо. Если магнит притянул предмет, то он как бы его привязал и дальше он бездействует и энергию не расходует.
Являются ли магниты металлом? Правда, объясненная любителям науки
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.
В настоящее время они используются в настольном ядерно-магнитно-резонансном спектрометре, высококачественных электродвигателях, турбомашиностроении и во многих областях, где производительность должна соответствовать изменению температуры. Неодимовые магниты, с другой стороны, являются наиболее доступным и сильным типом редкоземельных магнитов. Они представляют собой тетрагональную кристаллическую структуру, изготовленную из сплавов неодима, бора и железа. Благодаря своим меньшим размерам и небольшому весу они заменили ферритовые и алникомагниты в многочисленных применениях в современных технологиях. Например, неодимовые магниты в настоящее время используются в головном приводе для компьютерных жестких дисков, электродвигателей для аккумуляторных инструментов, механических переключателей электронных сигарет и динамиков мобильных телефонов.
IV одномолекулярные магниты Универсальный внутриклеточный белок, называемый ферритином, считается магнитом с одной молекулой. Он хранит железо и выпускает его контролируемым образом. К концу 20-го века ученые узнали, что некоторые молекулы [которые состоят из ионов парамагнитного металла] могут проявлять магнитные свойства при очень низких температурах. Теоретически они способны хранить информацию на уровне магнитных доменов и обеспечивать гораздо более плотный носитель, чем традиционные магниты. Одномолекулярные магниты состоят из кластеров марганца, никеля, железа, ванадия и кобальта. Было обнаружено, что некоторые цепные системы, такие как одноцепные магниты, сохраняют магнетизм в течение длительного периода времени при более высоких температурах.
Исследователи в настоящее время изучают монослои таких магнитов. Одним из ранних соединений, которое было исследовано в качестве одно-молекулярного магнита, является додекануклеарная марганцевая клетка. Потенциальные возможности применения этих магнитов огромны. К ним относятся квантовые вычисления, хранение данных, обработка информации и биомедицинские приложения, такие как контрастные агенты МРТ. Временные магниты Некоторые объекты могут быть легко намагничены даже слабым магнитным полем. Однако, когда магнитное поле удалено, они теряют свой магнетизм.
Временные магниты различаются по составу: они могут быть любым объектом, который действует как постоянный магнит в присутствии магнитного поля. Например, магнитомягкий материал, такой как никель и железо, не будет притягивать скрепки после удаления внешнего магнитного поля. Когда постоянный магнит подносится к группе стальных гвоздей, гвозди прикрепляются друг к другу, а затем к постоянному магниту. В этом случае каждый гвоздь становится временным магнитом, а когда постоянный магнит удаляется, они больше не прикрепляются друг к другу. Временные магниты в основном используются для изготовления временных электромагнитов, сила которых может варьироваться в соответствии с требованиями. Они также используются для разделения материалов, сделанных из металла, на складах металлолома и дают новый импульс современной технологии - от высокоскоростных поездов до высокотехнологичного пространства.
Электромагнит Электромагнит притягивающий железные опилки Электромагнит был изобретен британским ученым Уильямом Стердженом в 1824 году. Затем он был систематически усовершенствован и популяризирован американским ученым Джозефом Генри в начале 1830-х годов. Электромагниты представляют собой плотно намотанные витки провода, которые функционируют как магниты при прохождении электрического тока.
Этот элемент создает на поверхности металла оксидную пленку, которая препятствует окислению металла.
Благодаря наличию легирующих компонентов, нержавейка относится к цветмету, соответственно, цена такого лома значительно выше. Подтверждением этому выступают данные в прайс-листе, который опубликован на сайте компании «Интерлом». Получить такое вознаграждение не так просто, поскольку, в отличие от традиционного цветмета, некоторые типы нержавейки сохраняют магнетические свойства. Например, ферритные и мартенситные нержавеющие стали сохраняют магнитные свойства.
Аустенитная нержавейка, напротив, никак не проявляет ферромагнитных свойств. Визуально отличить их не представляется возможным, поэтому сдатчику приходится учитывать происхождение лома. Например, если речь идет о деталях, которые работали при повышенной влажности в условиях химически агрессивных сред, то, скорее всего, они сделаны из нержавейки, даже если металл магнитится. Бронза Наиболее ценной на вторичном рынке считается двухкомпонентная оловянистая бронза, которая состоит из олова и меди, она никак не проявляет магнитных свойств.
Более дешевый аналог — безоловянная бронза, в которой в качестве замены олова выступает алюминий и другие легирующие металлы. Такой сплав имеет обозначение БрАЖ, наличие в сплаве железа придает способность примагничиваться. Сила притяжения зависит от соотношения основных компонентов в сплаве. Лучше всего магнитится бронза марки БрАЖН -10-4-4.
Просто напоминаем — направление напряженности магнитного поля определяется по правилу правой руки Если теперь в образовавшееся поле поместить предмет из ферромагнитного материала то есть подверженному намагниченности , то он будет притягиваться к электромагниту. Тут всё понятно. Но что делает материал ферромагнитным? Давайте посмотрим на более микроскопическом уровне. Как мы знаем, атом имеет так называемую планетарное строение по Резерфорду: в центре находится ядро, вокруг которого по орбитам вращаются электроны. По своей сути, вращение электрона — это и есть электрический ток, но очень маленький. В результате электрон движением по орбите создаёт собственное магнитное поле — это называется магнитным дипольным моментом. Он напрямую связан с более общей характеристикой — орбитальным моментом импульса электрона не путать со спином — чисто квантовой величиной , как у любого вращающегося тела.
Небольшое отступление: магнитный момент имеет интересное свойство. Как и многое в квантовом мире, он кратен некоторому фундаментальному числу, которое называется магнетоном Бора и выводится через массу электрона, скорость света и постоянную Планка. Для того чтобы магнитный момент проявился и какое-то вещество начало притягиваться, в его атоме должны быть нескомпенсированные электроны. Внешнее магнитное поле как бы развернёт их в одном направлении, что приведёт для всех таких же атомов к появлению общей нескомпенсированной силы — это, и будет нашей намагниченностью. Внешнее и внутреннее магнитные поля будут взаимодействовать, из-за чего возникнет притяжение материала к магниту. В веществах же, не имеющих подобного строения, магнитный момент не проявится вообще дипольный момент равен 0 или будет в сотни тысяч раз слабее, чем у ферромагнетиков — речь идёт о так называемых парамагнетиках. Посмотрите наглядное и простое объяснение: Ещё раз — возможность намагничивания ферромагнитные свойства зависят от атомной структуры, веществ и распределения электронов по орбитам. Например, возьмём всем пришедшее на ум железо Fe : его порядковый номер 26 в таблице Менделеева равен количеству электронов на орбитах.
Если не вдаваться в подробности для пытливых — смотри тут , то электроны по его орбиталям s, p, d и f распределяются по энергетическим уровням так, что образуется 4 неспаренных электрона на d-орбитали. Они и наделяют наше вещество способностью намагничиваться. На самом деле, ферромагнитных веществ не так уж много. Итак, с возникновением магнитного притяжения немного разобрались. Но проблема в том, что сами по себе условные железные гвозди после взаимодействия с внешним магнитным полем практически не сохраняют своих магнитных свойств или быстро их теряют. Вообще, у ферромагнетиков есть локальные области с высокой плотностью диполей, ориентированных в одном направлении — так называемые магнитные домены. Но у простого железного гвоздя кристаллическая структура неравномерная, и суммарный эффект намагничивания слишком слабый. Нужно создать чёткую кристаллическую структуру, чтобы магнитные домены были равномерно распределены и сохраняли ориентацию в одну сторону, по оси как бы имели выраженные полюса S и N — хотя это достаточно условная штука.
Примечание: подробнее про зависимость магнитных свойств от атомного строения неодимового магнита можно почитать в этой статье. Только в этом случае получится произвести постоянный магнит, подходящий для бытового и промышленного применения. Например, он должен: сохранять высокую остаточную намагниченность Br — другими словами, создавать как можно более мощное магнитное поле; иметь высокую коэрцитивную силу Hc — то есть противостоять попыткам размагничивания внешним электромагнитным полем; сохранять свои свойства при разных внешних воздействиях — например, иметь как можно более высокую температуру точку Кюри , при которой происходит разрушение структуры, и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Есть ещё много параметров, но для понимания эти три — основные. Основная диаграмма с характеристиками постоянного магнит — петля гистерезиса. 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.
Притягивает ли магнит железо?
Почему магниты магнитят. Природа и принцип действия магнитов и электромагнитов. Трудно найти человека, который бы не знал, что такое магнит. Точнее о том, что некий металлообразный кусок может притягивать к себе различные железные предметы, а также взаимно притягиваться или взаимно отталкиваться от другого такого же магнита. Но вот саму природу подобных явлений знает далеко не каждый. Хотя суть магнита не таит в себе особых тайн и сложностей. 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.
Это происходит из-за линий напряженности которые возникают вокруг полюса магнита а в железе положительные катионы притягиваются к магниту в общем почитай в литературе -сложно в двух словах объяснить Татьяна Зыбарева Это сложный и глубокий вопрос. Дело в том, что мы имеем дело с, как уже заметили, проявлением взаимодействий новой природы, немеханической. Представить ее себе тем более трудно, поскольку само по себе наблюдать непосредственно его нам нельзя - нам остается лишь довольствоваться тем, что мы наблюдаем за телами на которые то или иное поле влияет. В свое время, физика была разделена на два лагеря - сторонников гипотез дальнодействия и близкодействия.
Если северный и южный полюсы плавающего магнита обладают равной силой хотя создаваемые ими поля противоположны по направлению , можно ожидать, что магнитное поле Земли будет притягивать их одинаково. Под действием такого притяжения магнит повернется вокруг своей оси, но не будет двигаться по поверхности воды ни на север, ни в каком-либо другом направлении. Если же полюсы плавающего магнита неодинаковы, то можно ожидать, что магнитное поле Земли будет действовать на них с различной силой и заставит магнит перемещаться в некотором направлении. Проведите этот важный опыт сами. Хотя земное магнитное поле довольно слабое, оно способно заметно искривить путь электронного пучка. В следующих разделах мы увидим, как магнитное поле может выталкивать проводник с электрическим током, действуя подобно катапульте. Потоки заряженных частиц космического излучения, приходящие из мирового пространства, также заворачиваются земным магнитным полем. Это позволяет использовать Землю во многих современных экспериментах с космическими лучами как гигантский анализирующий магнит. Как намагничивают магниты В современной практике намагничивание магнитов производится с помощью электрического тока. Для этого ток пропускается не через намагничиваемый металлический брусок, а через намотанную вокруг него проволочную катушку. Магнитное поле внутри длинной цилиндрической катушки соленоида однородно, а напряженность его легко менять, регулируя ток. Поэтому такая катушка чрезвычайно удобна для опытов по намагничиванию. Если мы поместим стальной брусок внутрь соленоида и подадим в катушку ток, то увидим, что при включенном токе брусок намагничивается. После выключения тока брусок по-прежнему остается магнитом, хотя и несколько более слабым. Для намагничивания бруска достаточно пропускать ток через катушку в течение всего лишь доли секунды. Существует несколько материалов, пригодных для получения таких «постоянных магнитов». Для этой цели подходит большинство сортов закаленной стали. Еще лучше специальные стали, содержащие вольфрам или кобальт. Некоторые новые сплавы, в состав которых входит алюминий, например «алнико», позволяют создавать еще более сильные магниты, однако требуют больших полей для намагничивания. Все эти материалы также можно намагнитить, помещая их на короткое время в магнитное поле. Обращение магнитного поля путем перемены направления тока в катушке меняет и направление намагничивания. Как размагничивают магниты Намагниченный стальной брусок можно полностью размагнитить, помещая его внутрь катушки, через которую пропущен переменный ток, и затем медленно вынимая оттуда. Другой способ — постепенно уменьшать силу переменного тока до нуля с помощью реостата. Временное намагничивание мягкого железа Пытаясь намагнитить кусок мягкого железа, т. Если ток выключить, брусок почти полностью потеряет магнитные свойства. Мягкое железо оказывается прекрасным материалом для временного намагничивания, поэтому оно используется для изготовления сердечников электромагнитов в электромоторах и других электромагнитных устройствах. Мы можем временно намагнитить брусок из мягкого железа, поднося к нему магнит. Если N-полюс магнита находится около конца А бруска АВ, то стрелка компаса покажет, что брусок приобрел магнитные свойства, причем его южный полюс оказывается в А, т. Если же мы унесем магнит, эти полюсы сразу исчезнут. Теперь вы можете понять, почему ненамагниченные железные опилки притягиваются к магниту. Он намагничивает эти небольшие кусочки железа, но неоднородное магнитное поле оказывает неодинаковое воздействие на их полюсы. Кусочки железа, близкие к северному полюсу магнита, будут иметь на краю, обращенном к магниту, южный полюс, и этот полюс будет сильно притягиваться к магниту. Их северный полюс будет находиться дальше от магнита, т. Таким образом, опилки будут сильнее притягиваться к магниту, чем отталкиваться от него[68]. Обобщая эти рассуждения, можно сказать, что магнит притягивает любой ненамагниченный кусок железа, создавая в нем временное намагничивание. Даже маленькая компасная стрелка будет временно намагничивать железный брусок. Будучи более подвижной, чем тяжелый брусок, стрелка будет сама поворачиваться и указывать в его сторону. Ее вращение говорит нам только о том, что как стрелка, так и железный брусок могут намагничиваться и что по крайней мере один из них уже намагничен. Следовательно, наблюдая притяжение, нельзя сказать, являются ли магнитами оба тела. Однако такое заключение легко сделать, если мы увидим, что они отталкиваются. Магнитные и немагнитные материалы Если попытаться намагнитить образцы из меди, железа, стекла и других материалов, помещая их в соленоид с током, то выяснится, что лишь некоторые из этих образцов обнаруживают магнитные свойства. Такие материалы мы называем магнитными. К ним принадлежат железо, многие железные сплавы, никель. Ряд веществ, как, например, жидкий кислород и некоторые соединения железа, тоже в слабой степени проявляют магнитные свойства, но большинство веществ немагнитно. Основываясь на этом, мы говорим, что немагнитные вещества невозможно намагнитить в противоположность магнитным, и последние, если они намагничены, мы называем магнитами. Более тонкие опыты опровергают это простое правило. Многие вещества при помещении их в магнитное поле обнаруживают слабые временные магнитные эффекты, и мы можем проследить их магнитные свойства вплоть до атомного уровня. Более того, мы в состоянии показать, что некоторые атомы, сами являются магнитами, и знаем способ который будет описан далее , как измерить их магнитные свойства. Даже те немногие металлы, как, например, железо, которым свойственны значительные магнитные эффекты и которые могут служить материалом для постоянных магнитов, также обязаны своими свойствами атомному магнетизму. Их атомы обладают специфической способностью объединяться, при этом атомные магнитики выстраиваются-особым образом, создавая прочные постоянные группы. Атомная теория предсказывает также и другие магнитные свойства атомов. Весьма забавно, что результатом этих предсказаний является отрицательный магнетизм, совсем не похожий на тот, с которым мы всегда встречаемся, и теория утверждает, что им, хотя и в очень слабой степени, обладают все вещества. На чем основаны эти предсказания? Достаточно ли они правдоподобны? Наблюдался ли этот отрицательный магнетизм на опыте? Если да, то почему же не для всех веществ? На эти вопросы мы кратко ответим в гл. Магнитное поле электрического тока Опыты говорят нам о том, что всякий электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Магнитное поле, окружающее длинную катушку из проволоки, которую часто называют соленоидом, очень похоже на поле намагниченного стержня. При детальном сравнении оказывается, что конфигурации внешних магнитных полей такого стержня и соленоида, имеющего ту же форму и размеры, попросту одинаковы. Можно показать, что внутри полой катушки магнитные силовые линии идут плотным параллельным пучком, образуя сильное однородное магнитное поле. Задача 2 Почему лучше намагничивать стальной стержень, помещая его внутри соленоида с током, а не снаружи? Задача 3 На чертеже а фиг. Если уменьшать длину соленоида, сжимая его, как гармошку;, конфигурация поля будет меняться, как показано на чертеже б. Представим себе, что катушка сжата до предела чертеж в , так что превратилась в один виток. Можете ли вы предсказать, как будет выглядеть магнитное поле витка с током, представив себе характер сжатия силовых линий? Изобразите ожидаемую конфигурацию поля. Согласуется ли она с опытом? Задача 4 Внешнее магнитное поле соленоида совпадает с полем намагниченного стержня одинаковых размеров и формы. Какую же форму имел бы магнит, создающий такое же поле, как и виток с током в? Нарисуйте или опишите этот эквивалентный магнит. Если ее подвесить, она будет поворачиваться до тех пор, пока ее ось не укажет в направлении N-S. Она ведет себя так, как будто имеет на концах «полюсы», которые притягивают или отталкивают полюсы других магнитов. Небольшая катушка с током, помещенная в магнитное поле Земли, магнита или другой катушки, будет поворачиваться наподобие стрелки компаса, пока ее магнитная ось не станет параллельной внешнему полю. Магнитное поле прямого провода с током Есть один особый очень важный случай проводника с током, когда нельзя подобрать эквивалентного магнита одинакового размера и формы. Это случай длинного прямого провода с током. С помощью железных опилок или крошечного компаса можно показать, что магнитные силовые линии такого проводника представляют собой опоясывающие его окружности, расположенные, разумеется, не в одной плоскости, а повсюду вокруг него. Магнитное поле сильнее вблизи провода и ослабевает вдали от него. Этот первый эффект магнитного действия электрического тока был открыт следующим образом. В конце своей лекции о свойствах электрического тока датский ученый Эрстед поместил токонесущий провод около компасной стрелки и был до глубины души изумлен, увидев, что стрелка повернулась. Когда известие об этом открытии распространилось по Европе, оно породило целую лавину исследований. Ампер и другие ученые, пытаясь объяснить эти опыты, вскоре ввели в физику понятие электромагнитного поля. Явление, обнаруженное Эрстедом, представлялось крайне удивительным. Таким образом, силы действовали на компасную стрелку не в направлении прямой, соединяющей ее полюс с проводником, а в перпендикулярном направлении. Последующие опыты подтвердили это заключение и показали, что сила, действующая со стороны магнита на ток, перпендикулярна как направлению магнитного поля, так и направлению тока — проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает боковое усилие. Эти новые силы полностью отличались от уже известных обычных сил, таких, как, например, силы тяготения направленные по прямой от одной массы к другой или силы, возникающие при столкновении упругих шаров или молекул которые отбрасывают их в противоположные стороны , а также силы притяжения или отталкивания , действующие по прямой между электрическими зарядами и между магнитными полюсами. До открытия Эрстеда были известны только такие силы, которые действуют вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие тела. Незадолго до Великой Французской Революции школа мыслителей, включая Вольтера и других, создала механистическую философию полностью предсказуемой Вселенной, основываясь на концепции таких простых сил. Когда обнаружилось, что новые электромагнитные силы зависят от скорости движения электрических зарядов тока , они стали казаться еще более странными. Это были силы, которые увеличивались с ростом скорости и действовали перпендикулярно ей! Однако именно такие силы заставляют работать электрический двигатель. Мы можем проиллюстрировать происхождение этих сил с помощью карты магнитного поля. Круговое магнитное поле, окружающее прямолинейный проводник с током, само по себе несколько необычно, но и только. Однако в комбинации с однородным магнитным полем оно создает отклоняющие силы, без которых невозможна работа электродвигателей, измерительных приборов, телевизионных трубок и некоторых гигантских ускорителей заряженных частиц. Чтобы продемонстрировать, откуда возникают эти силы, изобразим магнитные силовые линии с помощью векторов. Магнитное поле действует как катапульта Мы сможем предсказать направление действия результирующей силы, складывая векторы сил, отвечающих двум различным полям. Конфигурация однородного магнитного поля — это ряд равномерно идущих параллельных силовых линий, как показано на фиг. Мы рисуем эти окружности сгущающимися вблизи проводника, чтобы показать, что поле около него сильнее. Векторное сложение этих двух полей дает примерно ту же картину, что мы получили в гл. Поэтому мы поступим точно так же, как и раньше. Изобразим оба поля вместе, как на фиг. Метод сложения векторов и доказательство выталкивающего действия магнитного поля на проводник с током. В некоторой произвольной точке А нарисуем стрелки-векторы, отмечающие напряженности обоих полей, одну в направлении однородного магнитного поля, а другую по касательной к окружности. Сложим эти векторы и обозначим результирующее направление короткой стрелкой, выходящей из А. В другой точке В однородное поле не меняется, а поле, создаваемое током, ослабевает. Сложим опять их векторы и снова обозначим результирующее направление короткой стрелкой, исходящей из В чертеж г. Нанесем множество таких стрелок по всей диаграмме. Они покажут нам направление результирующего поля, которое мы хотели найти. Начертим силовые линии этого поля, проходящие через стрелки чертеж д. Здравый смысл подсказывает нам следующие очевидные выводы: а Вблизи проводника преобладает магнитное поле, создаваемое током, и силовые линии суммарного поля практически совпадают с окружностями, в центре которых находится проводник. В этой точке оба поля полностью компенсируют друг друга. Чтобы правильно начертить конфигурацию результирующего магнитного поля, нужно запастись терпением. К счастью, карту поля можно получить, пользуясь косвенными геометрическими методами основанными на математическом соотношении, которое обычно записывается , и тому, кто их знает, будет легко вычертить ее на нашей диаграмме. Соответствующая картина показана на фиг. Если, следуя Фарадею, мы будем видеть в магнитных силовых линиях графическое изображение реальных сил, которые действуют на магниты и проводники с током, то придем к заключению, что результирующее магнитное поле, изображенное на последнем рисунке, будет тянуть проводник вниз. Таким образом, здесь мы имеем дело с поперечной силой, перпендикулярной как проводнику, так и направлению однородного магнитного поля. Разглядывая эти картинки, мы можем сказать, что результирующее поле действует наподобие катапульты или рогатки фиг. Опыт, демонстрирующий конфигурацию магнитных силовых линий при взаимодействии токов. Поперечная катапультирующая сила[71] Действует ли на самом деле эта сила непосредственно на проводник с током, проходящий поперек магнитного поля? Проверьте это на опыте, используя гибкий провод, электрическую батарею и подковообразный магнит. Включайте электрический ток при различных положениях проводника в сильном однородном поле между полюсами магнита. Если ток достаточно велик, то, как мы и ожидали, возникает поперечная сила, смещающая провод в сторону см. Но для электрического тока не обязательно нужен проводник; он может быть и просто пучком заряженных частиц, например электронов. Такой электронный луч также отклоняется магнитным полем, — этот эффект, широко используемый в практических целях, мы рассмотрим в гл. Чтобы эффект был сильнее, магнитное поле должно быть перпендикулярно электрическому току или пучку электронов, так как продольная компонента поля не оказывает на них никакого влияния. Испытайте действие намагниченного стержня на электроннолучевую трубку. 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.
Разные полюса притягиваются друг к другу, а одинаковые полюса отталкиваются друг от друга. С помощью книги «Нескучная наука» серии «Вы и ваш ребёнок», можно узнать подробнее об этом, и ещё познакомится с такими терминами как: «притягивать», «примагничивать», «магнетизм», «магнитное поле». А вы знали? Оказывается, магниты окружают нас повсюду, так как все устройства, используемые нами в повседневной жизни, так или иначе включают в себя магниты — мобильные телефоны, компьютеры, дверцы в шкафах, музыкальные центры, электрические двигатели, автомобили, дисплеи, компасы, игрушки, разнообразные датчики и приборы, научно-исследовательское оборудование и многие другие.
Почему магнит притягивает железо?
| Почему Магнит Притягивает Железо | Таким образом, магниты притягивают только железо из-за взаимодействия их магнитного поля с магнитными моментами электронов в атомах железа. |
| Какой полюс магнита притягивает железо? | Почему железо притягивается к магниту? Магнит может притягивать чаще всего такой металл как железо. |
| Чем магнит притягивает | 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. |
| Ответы : Почему магнит притягивает железо, а алюминий например нет | Если вам понравилась эта статья, почему бы также не прочитать о том, почему магниты притягивают металл или факты о счетах? |
| Почему магнит притягивает только металл | Почему железо притягивается к магниту? Магнит может притягивать чаще всего такой металл как железо. |
Вы можете написать и разместить на портале статью.
- Вы можете написать и разместить на портале статью.
- Расплавленное железо против магнита: увлекательный эксперимент
- Почему магнит притягивает железо - краткое объяснение | Статьи о магнитах
- Магнит железо почему притягивает металл
Расплавленное железо против магнита: увлекательный эксперимент
Почему магнит притягивается к магниту. Поскольку мы регулярно подвергаемся воздействию магнитов, которые, как мы знаем, притягивают железо, возникает вопрос: можно ли извлечь железо из крови с помощью мощного магнита? Почему магнит притягивает металл? Магниты привлекают любые металлы, которые сделаны из железа или металлов с железом в них. Магнит может притягивать: железо, чугун, сталь, никель.
Часто задаваемые вопросы по неодимовым магнитам (FAQ)
Я то спрашиваю откуда энергия на совершение работы эти притяжением. Чтобы гравитация совершила работу предмет нужно поднять - то есть затратить энергие вначале и потом при падении гравитация выдаст туже затраченую на подъем энергию. С пружиной тоже ясно - сжимаем - затрачиваем, расжимается - отдает энергию. А с магнитом? Вы затратили работу чтобы его поднять к крепежу - эта работа исчезающе мизерна по сравнению с той которую он совершит поднимая десятилетиями железки.
Если бы вы удалили железку от магнита а потом он бы ее притянул - тогда было бы понятно как с пружиной. Вы затратили энергию и получили ее обратно. Вы убрали от магнита железку и больше не используете в опыте. Какие физические свойства магнита при этом изменились?
Ни какие. Если вы деформировали пружину - то ее физ свойства изменились - она накопила энергию в виде упругой деформации. Магнит же ни каких свойств не изменит если вы удалите от него железку. Добавлено спустя 3 минуты 59 секунд: blindman писал а : При падении шарика с высоты совершается работа?
Она берется от того кто милион раз будет поднимать шарик перед броском. Разве энергия не есть мера работы которую нужно произвести, чтобы изменить какое-нибудь поле?
Рассмотрим, почему кусок железа притягивается к магниту. Предположим, что рядом с магнитом находится кусок железа. Рисунок представлен выше по тексту. Внутри куска железа все атомы сгруппированы силовым полем в кристаллическую решетку. Атомы железа асимметричны. Силовые линии магнита, состоящие из электронов малых энергетических полей сот пространства, проходят через пространство внутри куска железа, около ядер атомов железа.
Силовые линии магнита сменят ориентацию ядер атомов куска железа на ориентацию ядер атомов магнита. При этом развернут ядра куска железа так, что со стороны северного полюса магнита, где электроны магнита сжаты, ядра атомов куска железа окажутся повернутыми своими легкими сторонами. А со стороны южного полюса — соответственно тяжелыми сторонами.
Вот этих двух понятий вполне достаточно для наших дальнейших рассуждений. Для начала возьмем в руку любой магнит и подержим на весу. Что мы ощущаем? Ничего, кроме веса магнита.
Никакие силы на магнит явно не действуют, никуда он не стремится и находится в состоянии покоя. Если поднести к нему железное тело любой формы, то с некоторого расстояния мы ощутим возникшую силу, направленную на сближение магнита и железа. Что это за сила и каковы причины её возникновения? Да и ответы не выдерживают серьезной критики. Давайте подумаем своей головой. Железные опилки визуализирует ту самую область пространства с измененным состоянием, которую мы называем магнитным полем. Такое его поведение вполне обоснованно — чем выше магнитная проницаемость среды вокруг магнита, тем меньше сопротивление магнитному потоку, тем меньше его затухание и тем дальше распространяется магнитное поле.
Что дает нам этот простейший эксперимент? Он показывает, что величина магнитного поля вокруг магнита находится в прямой зависимости от магнитной проницаемости среды, в которой находится магнит. Чем выше магнитная проницаемость среды, тем дальше распространяется магнитный поток. Тривиальный вывод, но далеко не всеми осознаваемый. Мы же хорошо запомним этот вывод. Следующий эксперимент. Представим себе магнит в пространстве, силы гравитации исключаем из рассмотрения.
Вот он висит неподвижно, окруженный магнитным полем. А почему неподвижно? Потому, что в магните напряженность магнитного поля максимальная максимальное магнитное давление , а вне него гораздо меньше. Естественно, поле распространяется в область пониженного давления, стараясь занять весь доступный ему объём пространства, то есть все Мироздание. Но за пределами тела магнита у нас вакуум назовем так окружающее пространство, хотя оно имеет совсем другое название. А вакуум имеет очень высокое сопротивление распространению магнитного потока магнитная проницаемость около 1. Тяжело магнитному полю проходить через среду с таким огромным сопротивлением.
Упирается оно всеми своими внутренними силами, во все стороны давит на вакуум, но безрезультатно — вакуум с той же силой давит ему на встречу. Все силы симметричные, парные — равнодействующая сила равна нулю. Вот магнит и находится в состоянии покоя. Не потому, что на него не действуют никакие силы, а потому, что векторная сумма всех действующих сил равна нулю. Продолжаем мысленный эксперимент. Магнит находится на том же месте, окруженный симметричным магнитным полем, равнодействующая всех приложенных сил равна нулю, магнит в состоянии покоя. В окрестностях магнита, в пределах значимого магнитного поля появляется ферромагнетик — железо.
Когда южный полюс магнита и северный полюс магнита находятся достаточно близко, они притягиваются друг к другу. Если те же концы собраны вместе, например, северный полюс на северный полюс, магниты отталкиваются друг от друга. Компас содержит небольшой свободно плавающий магнит, который сидит горизонтально на стержне. Северный полюс магнита компаса указывает в северном направлении, а южный полюс магнита компаса указывает в южном направлении. Компас всегда указывает север и юг, поэтому он используется для целей навигации и ориентации.
Магнитное и электрический ток
- Принцип взаимодействия постоянных магнитов
- Основные сведения о постоянных магнитах — описание свойств
- Какой цветной металл магнитится – список лома цветмета для проверки магнитом
- Являются ли магниты металлом? Правда, объясненная любителям науки
- Перечень магнитящегося цветмета
Магнит железо почему притягивает металл
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. Нужно было снижать издержки по всем фронтам. А в автомобилях используется куча постоянных магнитов: начиная от ABS и заканчивая герконовыми датчиками закрытия дверей и пристёгнутого ремня.
Итак, нужно было найти редкоземельный металл, который был бы более распространён, чем самарий, и дешевле кобальта. Проблема с лантаном и церием заключалась в том, что 4-f орбиталь у них остаётся незаполненной более подробное объяснение — здесь. Исследования того времени уже показали, что именно наличие электронов на f-орбитали даёт высокую коэрцитивную силу материала.
Оставалось только два варианта: неодим или празеодим. Но нужно было придумать, с каким материалом создать сплав, чтобы получилось устойчивое интерметаллическое соединение , но при этом магнитные показатели вещества были сопоставимы с самарий-кобальтом. У неодима и празеодима таких вариантов было немного.
Джон Кроат провёл ряд экспериментов и выявил, что если брать расплавы неодима и железа, смешивать, а затем быстро охлаждать и кристаллизовать как мы знаем, это один из методов производства того же самарий-кобальта , то получается вещество с отличной коэрцитивной силой. Однако при последующем нагреве свойства быстро терялись например, проявлялась сильная термозависимость , и нужно было найти более устойчивое интерметаллическое соединение. Вот как описывает проблему сам Кроат в интервью: Интерметаллическое соединение или интерметаллическая фаза — это фаза с фиксированным соотношением компонентов.
Например, тербий-железо два имеет один тербий и два железа. И эти элементы находятся в строго определённых местах кристаллической решётки. Без этого постоянный магнит из редкоземельного металла просто не получится.
Это то, что сохраняет магнитный момент в структуре материала.
Последнее изменение: 2024-01-10 06:42 Магниты притягивают железо из-за влияния их магнитного поля на железо … При воздействии магнитного поля атомы начинают выравнивать свои электроны с потоком магнитного поля поле, которое делает железо также намагниченным. Это, в свою очередь, создает притяжение между двумя намагниченными объектами. Почему магниты притягивают железо, а не бумагу? В большинстве веществ одинаковое количество электронов вращается в противоположных направлениях, что уравновешивает их магнетизм. Вот почему такие материалы, как ткань или бумага, называются слабомагнитными.
Почему магнит притягивает железо? Атомы в магнитах упорядочены таким образом, что их способность взаимодействовать с атомами других тел значительно выше, чем у других веществ пластмассы или дерева. В атомах магнита частицы обладают магнитным моментом, который и порождает силу, притягивающую вещества с высокой магнитной восприимчивостью, каковыми являются металлы.
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. Нужно было снижать издержки по всем фронтам.
А в автомобилях используется куча постоянных магнитов: начиная от ABS и заканчивая герконовыми датчиками закрытия дверей и пристёгнутого ремня. Итак, нужно было найти редкоземельный металл, который был бы более распространён, чем самарий, и дешевле кобальта. Проблема с лантаном и церием заключалась в том, что 4-f орбиталь у них остаётся незаполненной более подробное объяснение — здесь.
Исследования того времени уже показали, что именно наличие электронов на f-орбитали даёт высокую коэрцитивную силу материала. Оставалось только два варианта: неодим или празеодим. Но нужно было придумать, с каким материалом создать сплав, чтобы получилось устойчивое интерметаллическое соединение , но при этом магнитные показатели вещества были сопоставимы с самарий-кобальтом.
У неодима и празеодима таких вариантов было немного. Джон Кроат провёл ряд экспериментов и выявил, что если брать расплавы неодима и железа, смешивать, а затем быстро охлаждать и кристаллизовать как мы знаем, это один из методов производства того же самарий-кобальта , то получается вещество с отличной коэрцитивной силой. Однако при последующем нагреве свойства быстро терялись например, проявлялась сильная термозависимость , и нужно было найти более устойчивое интерметаллическое соединение.
Вот как описывает проблему сам Кроат в интервью: Интерметаллическое соединение или интерметаллическая фаза — это фаза с фиксированным соотношением компонентов. Например, тербий-железо два имеет один тербий и два железа. И эти элементы находятся в строго определённых местах кристаллической решётки.
Без этого постоянный магнит из редкоземельного металла просто не получится. Это то, что сохраняет магнитный момент в структуре материала. Спустя несколько лет экспериментов, в 1981 году решение было найдено: добавление бора делало соединение стабильным!
При этом стоимость бора, железа и неодима не шли ни в какое сравнение с ценами на кобальт и самарий. Итоговая формула интерметаллического соединения — Nd2Fe14B. Примечание: более подробно прочитать про структуру неодимового магнита можно в этой научно-технической статье ссылку уже приводили выше Настало время явить уникальное открытие миру.
В ноябре 1983 году Джон Кроат вместе с коллегами из лаборатории General Motors прибыли на конференцию по магнетизму и магнитным материалам, проходившую в Питтсбурге. Каково же было их удивление, когда в соседнем зале неизвестный Масато Сагава из японской корпорации Sumitomo рассказал про своё открытие магнита из неодима, бора и железа раньше, чем Кроат. Исторический момент на фотографии: Масато Сагава закончил выступление на конференции Первая мысль: «Японцы украли нашу идею».
Однако быстро выяснилось, что никакого воровства на самом деле не было. Реально две лаборатории работали параллельно, получили результаты в одно и то же время и представили их на одной и той же конференции, с разницей в несколько часов! Удивительно, но в жизни бывают и такие совпадения.
Конечно, были и отличия в технологиях. Масато Сагава предлагал производить неодимовые магниты сухим методом спекания про него мы тоже уже говорили выше. Это давало чуть лучшие магнитные свойства, однако производство таким методом было чуть дороже, чем отливание мокрым методом, предложенное Джоном Кроатом.
Сути это не меняло, но компании Sumitomo и General Motors с разницей в несколько недель подали патенты на разные методы изготовления. Это привело к юридическому спору, из-за которого обе компании не могли открыто использовать технологии во всём мире. К общему счастью, компании смогли договориться и снять любые претензии.
Во всей этой истории осталась некоторая несправедливость. Хотя два исследователя работали и параллельно, почему-то именно Сагава единолично считается изобретателем неодимового магнита. За это в 2022 году он получил премию королевы Елизаветы в области инженерии.
А Джон Кроат остаётся больше в тени: выпустил интересную книгу про постоянные магниты и иногда выступает на конференциях. Частично проблему решила лаборатория Сагавы в 1990-х годах, добавляя в сплав диспрозий Dy , но все-таки для высокотемпературных применений это — плохой вариант, лучше выбрать самарий-кобальт.
Почему магнит притягивает только металл
А правда, почему кусок железа или ферромагнетика притягивается к магниту? В данной статье мы рассмотрим, почему магнит притягивает железо и как это можно объяснить. Почему к постоянному магниту не притягиваются одни материалы, зато отлично «липнут» другие? Таким образом, магниты притягивают только железо из-за взаимодействия их магнитного поля с магнитными моментами электронов в атомах железа.
Притягивает ли магнит железо?
Небольшое предостережение: под воздействием высокий температур магнит размагничивается. Если вы решите самостоятельно провести подобный эксперимент, мы советуем вам изолировать магниты от прямого нагрева, в противном случае вас ждет неудача. Москва, Большой Саввинский пер.
Расположение магнитной стрелки в разных частях Земли Тот магнитный полюс стрелки, который притягивается к географическому северному полюсу Земли, назвали северным. 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.
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. На рис. Она характеризует неоднозначную зависимость намагниченности магнитоупорядоченного материала от напряженности намагничивающего поля. С увеличением напряженности магнитного поля от исходной нулевой точки 1 намагничивание идет по штриховой линии 1—2, причем величина m существенно изменяется по мере того, как возрастает намагниченность образца. В точке 2 достигается насыщение, то есть при дальнейшем увеличении напряженности намагниченность больше не увеличивается. Если теперь постепенно уменьшать величину H до нуля, то кривая B H уже не следует по прежнему пути, а проходит через точку 3, обнаруживая как бы «память» материала о «прошлой истории», откуда и название «гистерезис». Очевидно, что при этом сохраняется некоторая остаточная намагниченность отрезок 1—3. После изменения направления намагничивающего поля на обратное кривая В Н проходит точку 4, причем отрезок 1 — 4 соответствует коэрцитивной силе, препятствующей размагничиванию. Дальнейший рост значений -H приводит кривую гистерезиса в третий квадрант — участок 4—5. Следующее за этим уменьшение величины -H до нуля и затем возрастание положительных значений H приведет к замыканию петли гистерезиса через точки 6, 7 и 2. Узкая петля гистерезиса рис.
Николаевым [ 3 ], В. Петровым [ 4 , 5 ], а также В. Околотиным [ 6 , 7 ] — электротехником, специалистом по сверхпроводимости [ 8 ] и сторонником теории Ритца. Итак, магнит по гипотезе Ампера оказывает магнитное действие, поскольку состоит из атомов, каждый из которых подобен витку с током. Эти токи в атоме рождены электронами — отрицательными зарядами, крутящимися по орбитам и вокруг оси. Когда-то полагали, что сила, удерживающая электрон на орбите,— это электрическая сила притяжения ядра. Но такой атом нестабилен, да и в квантовой механике орбитальное движение электрона отвергли. Однако ещё в 1908 г. Вальтер Ритц допустил, что электрон вращается в атоме под действием не электрической, а магнитной силы. Это объясняет стабильность атомов, их спектры, фотоэффект, элементарный магнитный момент и другие свойства атомов [ 9 , 10 ]. Магнитное поле такого остова имеет бочкообразную структуру как в циклотроне , и захваченный атомом электрон устойчиво летит по орбите в средней плоскости остова. Это поле велико, но снаружи не заметно, будучи собрано внутри атома и исчезая вне его от компенсации магнитных моментов остова моментами замыкающих граней "крышек атомной бочки", нейтрализующих бочкообразное поле, рис. Зато действие поля на электроны атома вполне заметно. Этим магнитная модель атома объясняет фотоэффект, где роль магнетизма отмечал ещё Дж. Томсон [ 11 ]. Структура поля остова объясняет и стандартный магнитный момент атомов, вызванный орбитальным вращением электронов и якобы невозможный в классической теории, где величины не квантуются [ 12 , 13 ]. Часто его называют магнетоном Бора, поскольку Н. Но стандартный магнитный момент следует и из классической модели атома. А если атом удерживает в магнитной ловушке несколько электронов, то его магнитный момент вырастет в целое число раз. Да и предсказан был элементарный магнитный момент магнетон задолго до Бора физиками-классиками — В. 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.
Подносим магнит к яблоку: ищем железо внутри
Почему железо притягивается к магниту Почему магнит не притягивает органические вещества? На самом деле, взаимодействие магнита с веществами имеет гораздо. В новом выпуске программы обратимся к учебнику физики и выясним, почему магнит обладает свойством притягивать предметы. Лучше всего к магнитам притягиваются.