1) Магниты притягивают и захватывают небольшие кусочки железа. Это создает силы притяжения между магнитом и железом, что приводит к их притяжению друг к другу. В статье расскажем, работает ли поисковый магнит на золото и серебро, как он устроен и действительно ли притягивает драгметаллы. Почему железо притягивается к магниту Почему магнит не притягивает. Это объясняет, почему магнит может притягивать железо через некоторое расстояние. Расстояние между магнитом и притягиваемым объектом влияет на силу притяжения: сила ослабевает с увеличением расстояния.
Магнит и магнитное поле: почему притягивается только металл? .
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. Такие сплавы и были созданы с целью снижения обусловленных гистерезисом энергетических потерь. Большинство подобных специальных сплавов, как и ферриты, обладают высоким электрическим сопротивлением, благодаря чему уменьшаются не только магнитные потери, но и электрические, обусловленные вихревыми токами.
При этом очень существенны предварительная механическая и термическая обработка, а также отсутствие в образце примесей. Для сердечников трансформаторов в начале 20 в. Между 1915 и 1920 появились пермаллои сплавы Ni с Fe с характерной для них узкой и почти прямоугольной петлей гистерезиса.
Почему сила магнита действует по-разному? В других материалах электроны движутся в разных направлениях, поэтому не могут создать сильное магнитное поле, не способны притягивать магниты. Магнит притягивается с разной силой к различным металлам.
К примеру, к никелю, железу и другим сплавам магнит притягивается очень прочно. Подавляющая часть металлов не взаимодействует с магнитами с такой силой, взаимодействие иногда невозможно заметить в домашних условиях, а только в лабораториях, во время проведения опытов. Строение и связь атомов у других металлов отличны от строения и связей железа, поэтому притяжение столь малозаметно.
По какой причине не все материалы способны магнититься Магнит взаимодействует с широким перечнем веществ. Вид взаимодействия не ограничивается притяжением или отталкиванием. Отдельные металлы и сплавы обладают специфическим строением, что дает возможность притягиваться к магниту с определенной мощностью.
Другие материалы также обладают данным свойством, но в меньших масштабах. Чтобы зафиксировать притяжение в таких условиях, необходимо создание очень сильного магнитного поля. Это невыполнимо в домашних условиях.
Почему свойство притяжения есть у всех материалов, а магнититься доступно для восприятия только металл? Разгадка заключается в особом внешнем строении атомов.
Тем самым возбудив в куске железа магнитные свойства и превратив кусок железа в магнит. Нарушается равновесие сил в силовых линиях магнитных полей. Кусок железа, с ориентацией ядер атомов магнита, окружающим пространством будет подвинут к магниту так, что магнитные линии куска железа будут являться продолжением магнитных линий магнита, образуя как бы общее магнитное поле. Но сила этого магнитного поля будет меньше, чем сила магнитного поля магнита. То есть, сила магнитного поля магнита уменьшится на величину силы, затраченной магнитом на смену ориентации ядер атомов куска железа и возбуждения в нем магнитных свойств.
Железо относится к ферромагнетикам, материалам которые обычно считаются магнитными. Они притягиваются к магнитам достаточно сильно. Эти материалы могут сохранять намагниченность и стать постоянными магнитами. Таким образом, как бы ни располагались около магнита другой магнит или кусок железа, пространство приблизит их друг к другу и соединит строго определенными внешними сторонами.
В этой статье мы разберемся, что такое магнит, как он работает и почему притягивает именно железо. Что такое магнит и магнитное поле Магнит - это объект, который создает вокруг себя магнитное поле. Это поле заставляет двигаться заряженные частицы, такие как электроны. Благодаря магнитному полю магнит может воздействовать на другие объекты, не касаясь их. Магнитное поле возникает там, где движутся электрические заряды. Например, если по проводу идет электрический ток, то вокруг провода появляется магнитное поле. Оно изображается при помощи силовых линий - невидимых нитей, которые идут от северного полюса магнита к южному. Магнитные поля есть не только вокруг магнитов, но и в природе: Магнитное поле Земли защищает все живое от космической радиации У некоторых животных есть внутренний компас - они ориентируются по магнитному полю планеты Магнитные бури на Солнце влияют на работу электроприборов на Земле У любого магнита есть два полюса: северный N и южный S. Почему магнит магнитит: строение магнитных материалов Чтобы понять, почему одни материалы становятся магнитами, а другие нет, нужно разобраться в строении вещества. Все состоит из атомов. Внутри атомов движутся отрицательно заряженные частицы - электроны. Их движение порождает магнитное поле. У разных материалов электроны в атомах движутся по-разному.
За счет электрического эффекта предметы вряд ли будут примагничиваться. Ток может создаваться, но недостаточно сильный, — объяснил физик. Что еще интересно почитать о необычных детях Флейтистка из Новосибирска Лукерья Мишнёва к 15 годам победила в десятках всероссийских и мировых конкурсов, а также сыграла в Карнеги-холле в Нью-Йорке. Ей не помешала даже неизлечимая болезнь. НГС поговорил с девочкой и ее близкими о том, чем ее жизнь отличается от жизни обычного подростка. Другая школьница, Дарья Шеина изобрела устройство, которое может помочь диабетикам. Небольшой адаптер нужен для того, чтобы снизить риск травм. Лиза Носкова, которая увлекается выпечкой, начала готовить торты на заказ уже в 9 лет.
Часто задаваемые вопросы по неодимовым магнитам (FAQ)
Несмотря на столь долгий срок изучения магнетизма, это явление по-прежнему порождает новые вопросы. В быту мы ощущаем магнетизм как притяжение или отталкивание между телами. В физике же под магнетизмом понимается способность тела сохранять остаточную намагниченность то есть свое собственное магнитное поле в отсутствие магнитного поля внешнего. А уже это собственное поле может воздействовать на другие магнитные тела. Две концепции магнетизма Общим свойством большинства магнитных веществ является то, что их магнетизм обусловлен атомами так называемых переходных металлов, содержащих d -электроны индекс d относится к определенному виду симметрии электронных состояний атома. Переходные металлы — это не только железо, кобальт и никель, их несколько десятков. Локализованная вверху внизу картины ферромагнетизма С появлением понятия спина электрона и соответствующего ему магнитного момента были предложены две различные квантово-механические картины магнетизма — локализованная и зонная. Локализованная картина, сформулированная Гейзенбергом, предполагала, что электроны в кристалле не перескакивают с одного атома на соседний, однако между электронами с соседних атомов есть обменное взаимодействие.
Это сугубо квантовый эффект, обусловленный разницей энергий параллельного и антипараллельного упорядочения спинов. Зонная картина Стонера, напротив, подразумевала возможность движения электронов, а их взаимодействие в основном осуществлялось в пределах одного атома. На первый взгляд, зонная картина выглядела более применимой к переходным металлам. Но некоторые явления она объяснить не могла, например, закон Кюри — Вейсса, описывающий линейную зависимость обратной восприимчивости от температуры восприимчивость — это отклик системы на слабое внешнее магнитное поле. В то же время было совершенно не очевидно, почему картина локализованных электронов, которая, как казалось, не может быть применима к переходным металлам в частности, к железу , гораздо лучше описывает эксперимент. В конце 1950-х — начале 1960-х годов Нэвилл Мотт, а за ним Джон Гуденаф предположили, что часть электронов в железе а именно, электроны, соответствующие так называемым eg -состояниям, их два из пяти возможных d -состояний на атоме характеризуются «непроводящими волновыми функциями», то есть они не перепрыгивают, являются локализованными.
Этим магнитная модель атома Ритца объясняет стандартные спектры атомов [ 10 ]. Такую самоорганизацию можно наблюдать и в наборе неодимовых магнитных шариков, порой спонтанно слипающихся в кристально чёткие объёмные структуры. Самосборка стандартных упорядоченных систем в поле центрального магнита видна и в магнитной жидкости, и в порошке из железных опилок, которые собираются в периодичные выступы, холмики, образующие сотовую структуру и вытянутые вдоль силовых линий магнита рис. Наблюдают такие системы и в сверхпроводниках, на срезах которых магнитный порошок образует сотовую структуру абрикосовские вихри. Да и цилиндрические магнитные домены формируют сотовую структуру [ 13 ]. Все эти явления спонтанной организации магнитных частиц в правильные структуры объяснимы классически и легко моделируются на ЭВМ как результат взаимодействия магнитных частиц друг с другом и с внешним полем. Но и их хотят свести к квантовым. Яркий пример — "квантовые вихри" в виде упорядоченных скоплений из атомов щелочных металлов например, рубидия , подвешенных в магнитном поле при сверхнизких температурах и образующих периодичные сгущения рис. На деле квантовая теория тут ни при чём: видна простая самоорганизация магнитных частиц атомов со стандартным магнитным моментом во внешнем магнитном поле, давно открытая Майером и легко воспроизводимая в магнитной жидкости и в порошке из магнитных опилок. А "квантовые маги" объясняют эти периодичные сгущения атомов бозе-эйнштейновской конденсацией с интерференцией атомных волн Де Бройля. Интерференцию будто бы подтверждает то, что от набегания одного облака атомов на другое в месте их пересечения видны полосы, типа интерференционных. Реально же виден обычный муаров узор, возникающий при наложении двух сеток. Так и два облака атомов рубидия, формирующих в магнитном поле периодичные сетки тёмных узлов, образуют при наложении муаров узор, без следов интерференции. Выходит, квантовые краснобаи выдают желаемое за действительное, видя в обычных явлениях природы сверхъестественные. Взаимодействие магнитных частиц формирует не только правильные плоские структуры, но и чёткие пространственные комплексы, как показывает пример магнита, вытягивающий из магнитной жидкости пирамидальные игольчатые структуры, или симметрично обрастающий с двух сторон бородами магнитных опилок, а также пример объёмных фигур из магнитных шариков. Сходно формируется бипирамидальный каркас атома, образованный из магнитных частиц электронов и позитронов, рис. Рассуждая формально, по теореме Ирншоу обычно считают, что конструкции из зарядов и магнитов нестабильны. Но при этом, как отмечал Томсон [ 11 ], не учитывают отклонений от закона Кулона на малых масштабах и осевое вращение электронов, придающее устойчивость магнитным системам [ 18 ]. Именно так атом и его пирамидальный атомный каркас приобретает стабильность без помощи квантовых законов. Ну а сами атомы, как недавно открыто, в процессе самосборки спонтанно организуются в пирамидальные наночастицы. Приобретение такими микрокристаллами пирамидальной и часто многоступенчатой формы в виде пагод как у кристаллов висмута или золота , может быть связано не только с периодичным размещением атомов в кристалле, но отчасти и с формой самих атомов, обладающих многоуровневой пирамидальной структурой. Подобные кристаллы, сотовые и бипирамидальные структуры формируют и оптические солитоны — уединённые волны, взаимодействующие как магнитные частицы и вихри. Так что и без квантовых гипотез спонтанная организация электронов объясняет структуру электронных слоёв и спектров атомов по магнитной модели Ритца. Бипирамидальный каркас атома выделяет и элементы-ферромагнетики рис. Именно среди них и их соединений открыты яркие ферромагнетики и антиферромагнетики. Даже графит C и твёрдый кислород O в некоторых состояниях оказались ферро- и антиферромагнитными, вопреки квантовой теории, но в согласии с прогнозом классической модели атома [ 10 ]. А соединение азота N с железом Fe оказалось самым сильным ферромагнетиком, превысив предел магнетизма из квантовой теории. В то же время переходные элементы нечётных периодов таблицы Менделеева например, платиновые металлы , у которых ожидался ферромагнетизм [ 12 ], лишены его. Почему же ферромагнетизм присущ лишь немногим элементам? Всё дело в строении атомов: яркими магнитными свойствами обладают атомы с асимметричным строением, в которых магнитные моменты электронов не скомпенсированы. В пирамидальной модели атома такой асимметрией обладают как раз атомы чётных периодов таблицы, а в атомах нечётных периодов заполняются слои, зеркально симметричные предыдущим, и магнитные моменты электронов этих слоёв нейтрализуют друг друга, ориентируясь встречно. Такая встречная ориентация электронов, расположенных друг против друга, обусловлена не мистическими обменными силами, а ориентацией магнитных осей электронов вдоль магнитных силовых линий соседних электронов, отчего их магнитные моменты компенсируются. Это видно на примере двух стрелок компаса: если компасы расположить рядом, то их стрелки установятся навстречу друг другу, создав в сумме лишь слабое магнитное поле как в антиферромагнетике, рис. Но одна стрелка или две стрелки, разнесённые далеко, ориентируются вдоль внешнего поля и создают заметное магнитное поле. Так и в атомах ферромагнетиков разнесённые электроны во внешнем поле или в поле соседних атомов ориентируются сонаправленно, усиливая внешнее поле тем заметней, чем их больше. Оттого у элементов начала чётных периодов, где электроны начинают заполнять новый слой, магнитные свойства ещё слабы. Но, после заполнения электронами примерно половины периметра слоя, их общее магнитное поле уже достаточно для появления доменов, спонтанной намагниченности. Последующее заполнение периметра и рост числа электронов усиливает магнитные свойства: ферромагнетизм веществ нарастает. Но дальнейшее заполнение периметра делает слой всё более симметричным, и магнитные моменты уже отчасти компенсируются. Особенно это заметно при замыкании периметра и дальнейшем заполнении слоя электронами по сужающейся спирали, когда рядом с одними электронами становятся другие, нейтрализующие их магнитные моменты. Оттого яркими магнитными свойствами обладают лишь элементы полупериметра чётных слоёв-периодов с их выраженной асимметрией рис. То же верно для ядер и элементарных частиц: у нейтральных идеально симметричных частиц магнитные моменты нулевые, а заряженные или асимметричные частицы обладают магнитным моментом. Так, нейтрон и протон, имея чуть асимметричную форму, обретают магнитный момент от несбалансированных моментов образующих их электронов и позитронов. Правда, соседние электроны и позитроны стремятся развернуться противоположно друг другу, как в антиферромагнетике, отчего их магнитное поле невелико — много меньше момента электрона. А идеально симметричные пи-мезон и эта-мезон, где моменты частиц точно скомпенсированы, вообще лишены магнитного момента. Так и ферромагнетизм, и антиферромагнетизм явно зависят от симметрии атома и кристаллической решётки. Эту важную роль симметрии вскрыл уже Пьер Кюри, выдающийся исследователь магнетизма и кристаллов. Не исключено, что формирование магнитным полем объёмных структур из магнитных шариков, порошков и жидкостей позволит сконструировать машины и роботы рис. Части такой машины могут даже отделяться, дистанционно удерживаясь магнитным полем. Такой электромагнитный подвес [ 18 ] уже применяют в технике в транспорте на магнитной подушке, в подшипниках конструкции Г. Николаева и т. Более совершенный магнитный подвес поможет сконструировать теория Ритца, предсказывающая подъёмную силу у раскрученных дисков рис. Эффект был реально открыт Шарлем и Серлом ещё в 1950-х гг. Козыревым и другими физиками, повторявшими опыт в разных вариациях. Но поскольку квантовая физика не могла объяснить эффект, его отрицали и замалчивали. А теория Ритца легко объясняет эффект. Ведь поток реонов, отбрасываемый диском, создаёт подъёмную силу и уносит импульс, оказывая давление, подобно давлению тока воздуха от вертолёта, прижимающего траву к земле. То есть раскрученный диск окажет дистанционное отталкивающее воздействие на предметы, помещённые под или над ним. Такой эффект давно открыт Е. Подклетновым [ 18 , 20 ], но отрицается кванторелятивистами включая Гинзбурга , не сумевшими его объяснить. Эффект позволит построить летающий транспорт и генераторы силового поля, которые послужат для броневой защиты военной или космической техники, и для мягкого удержания тел космонавтов при полётах с гигантским ускорением. Лишь мягкое удержание космонавта на весу, придающее одинаковое ускорение всем его органам, позволит избежать повреждений при перегрузках. Не зря многие считают, что именно раскрученные диски — основа инопланетных космических кораблей и тарелок-НЛО. Идея применения для полётов магнетизма и раскрученных дисков восходит к Сирано Де Бержераку предложившему, наряду с ракетным двигателем,— магнитный , а также к Дж. Свифту описавшему в "Гулливере" летающий остров-НЛО с магнитным приводом. И в XX веке фантасты не раз обращались к идее магнитного двигателя для космических полётов. Вспомним Г.
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. 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.
Мол оно почему-то так, и не иначе воздействует на ферромагнетики. Больше о магнитном поле учёные не знают. Ну, да, ладно. Как нибудь переживём, не в первый раз. По моим представлениям, магнитное поле — это эфирный поток, точнее эфирный вихрь, созданный и поддерживаемый магнитом, телом специальной формы и из специального вещества. Материал магнита позволяет создать, а потом «загнать» эфирный вихрь в некий объем, которым можно уже управлять. Что делает магнитный, эфирный вихрь внутри магнита, никто не знает, одни предположения. А вот уже эфирные магнитные потоки между полюсами учёные исследовали более скрупулёзно, назвали струйки магнитного потока магнитные линиями, научились изображать их в виде красивых картинок. Но вот почему магнит притягивает к себе шар на рисунке, а вместе с ним человека, не каждый учёный может ответить. Давайте подумаем вместе и попытаемся ответить на этот простой ответ, почему магнит притягивает к себе скрепки. Рассмотрим картину силовых линий в случае, если полюса магнита свободны и силовые линии в виде тока смещения текут по воздуху 1 , и случай, когда силовые линии проходят через железку 2. Когда магнитные линии проходят по воздуху, то плотность магнитного потока невысокая, а когда магнитные линии проводят через тело из железа, то плотность магнитных линий высокая. Ферромагнетик в силу своего строения и структуры атомов умеет концентрировать магнитные эфирные потоки. Там, где силовые магнитные линии редкие, там давление Эфира в среднем высокое, а внутри железного тела, где скорость магнитных эфирных потоков возрастает с одной стороны, а, с другой стороны, магнитные линии уплотняются, то там среднее давление Эфира уменьшается. Поэтому окружающий «спокойный» Эфир во втором случае прижимает железку и магнит друг к другу. Такая вот оказалась на деле природа способности магнитов притягивать к себе предметы из железа и других ферромагнетиков.
Почему магнит притягивает только металл
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 ]. Каждый электрон своим магнитным полем вынуждает соседние электроны повернуться в том же направлении, а те, в свою очередь, вынуждают соседние. Так и возникают в металле участки с упорядоченной ориентацией магнитных моментов, что снова легко смоделировать с помощью однотипных магнитиков, магнитных стрелок, строящихся параллельно за счёт взаимодействия рис. Такие системы, цепочки магнитов ещё в XIX веке исследовали Остроградский и Риман, во многом предвосхитившие идеи Ритца.
Внешнее поле лишь координирует, ориентирует домены, смещает их границы, наращивая домены с полем параллельным внешнему.
Постоянные магниты могут быть как естественного, так и искусственного происхождения. Ярким примером естественного магнита в природе является минерал магнетит. Искусственные магниты изготавливаются из различных металлов и сплавов железо, сталь, кобальт и т. Их намагничивают в специально созданном сильном магнитном поле.
Суть магнита проявление магнетизма зависит не только от вещества, но и от того положения атомов и молекул, которое имеется внутри вещества. Если два магнита соединить таким образом, что их полюса будут совпадать по направлению, то магнитная сила полей усилит друг друга и итоговое общее поле станет сильнее. Но если эти магниты расположить относительно друг друга противоположными полюсами, естественно, они будут угнетать друг друга, а их общее поле осклабится. Так и внутри веществ, чтобы получить наибольшее магнитное поле, необходимо что бы все атомы и молекулы магнитного вещества были однонаправленные своими полюсами.
Это достигается различными способами. И так, с самой сутью магнита и его природой действия разобрались. Теперь немного о том как делаются магниты. Если нужно изготовить постоянный магнит обычный кусок магнита, который постоянно магнитит берут материал из ферромагнетика, помещают его в магнитное поле достаточно большой интенсивности на определённое время.
После чего этот ферромагнетик сам начинает обладать магнитными свойствами. В результате помещения его в магнитное поле большой интенсивности элементарные частицы вещества повернулись в одну сторону, что послужило возникновению эффекта однонаправленности атомов и молекул. Для получения электромагнитов использую простые медные катушки, внутрь которых помещён сердечник из ферромагнетика, усиливающий общий магнитный эффект. То есть, когда через эту катушку пропускают постоянный ток она начинает притягивать к себе железные предметы.
По катушки ведь течёт ток заряженные частицы. Следовательно вокруг неё будет возникать и электромагнитное поле.
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. Множество интересных опытов с магнитом можно провести и в домашних условия. В этом тебе помогут книги «Нескучная наука», Физика с Машей Трауб» и журнал для любознательных «Квантик». Фото и видео: Кармалинская Наталья Дмитриевна.
Почему магнит притягивает железо - краткое объяснение
2) Почему магнит притягивает только предметы из железа, никеля и кобальта? Узнайте, почему магнит притягивает железо. Краткое объяснение, почему магнит притягивает железо. Блог магазина Магнитов на Коломенской. почему магниты магнитят, смысл магнитов, суть магнитизма, магнитный эффект И так, с самой сутью магнита и его природой действия разобрались. 1) Магниты притягивают и захватывают небольшие кусочки железа. Почему магнит притягивается к магниту. Как и другие постоянные магниты, неодимовый магнит притягивает только ферромагнетики.
Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом?
Если баланс нарушается, и электроны начинают вращение в одном направлении, возникает магнитное поле большой силы. Именно этот процесс и происходит в минерале под названием магнетит. У магнита два полюса: северный и южный. Если два магнита расположить вблизи, они начинают направлять магнитные поля строго в одном направлении, другими словами, усиливать друг друга. Южный полюс первого магнита стремится к северному полюсу второго. Если вблизи оказываются пара северных или пара южных полюсов магнитов, их магнитные поля направляются в разные стороны, и магниты отталкиваются. В структуре железа происходят приблизительно такие же процессы, электроны производят вращение в одну сторону. Если рядом появляется магнит, железо воспринимает его как близкий по структуре материал и стремится соединить свои магнитные поля с полями минерала. Железо само становится магнитом, находясь рядом с минералом. Пока железо и магнит притянуты друг к другу, их магнитные поля остаются в параллельном направлении.
Вы знали? Магнит диск диаметром 8 мм и толщиной 5 мм весит всего 2 грамма и при этом создает усилие более 1,7 килограмма! Сила сцепления магнита на отрыв и сдвиг Неодимовый магнит в качестве вешалки Сила сцепления — важная характеристика неодимового магнита, на которую следует обращать внимание при его выборе. Важно подбирать изделие с определенным запасом по мощности. Существует два вида силы сцепления: на отрыв и на сдвиг. Какая из двух характеристик важнее, зависит от задач, которые магнит выполняет. Сила сцепления на отрыв — это усилие, которое необходимо приложить, чтобы оторвать магнитный материал от поверхности. В характеристиках изделия указана его сила притяжения в идеальных условиях, при которых он полностью прилегает к гладкому ровному стальному листу толщиной не менее 20 мм и отрывается от него под прямым углом. Поскольку на практике условия далеки от идеальных, то и удерживающая сила в реале будет ниже заявленной. Сила сцепления на сдвиг применима, когда магнит перемещается вдоль поверхности изделия. Если нагрузка выше заявленной характеристики, то предмет будет съезжать по вертикальной поверхности.
Сила общего силового магнитного поля будет равна сумме сил силовых линей обоих магнитов. Рассмотрим, почему кусок железа притягивается к магниту. Предположим, что рядом с магнитом находится кусок железа. Рисунок представлен выше по тексту. Внутри куска железа все атомы сгруппированы силовым полем в кристаллическую решетку. 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.
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. Что произойдет?
Почему магнит притягивает железо
Магнит может притягивать чаще всего такой металл как железо. Марикур указывает, что в каждом куске магнита имеются две области, особенно сильно притягивающие железо. притягивать, «любить» железо. притягивать, «любить» железо. 1) Магниты притягивают и захватывают небольшие кусочки железа. Сама по себе кристаллическая решетка построена таким образом, что в условиях сильных магнитных или электрических полей железо может намагничиваться и притягиваться к другому магниту. Так что такое магнит, и почему он притягивает?
Часто задаваемые вопросы по неодимовым магнитам (FAQ)
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. 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».
Материал бор, железо, неодим очень тверд и хрупок, поэтому обрабатывается трудно. Алмазный инструмент и абразивы являются предпочтительными методами обработки неодимовых магнитов. Обработка неодимовых магнитов должна осуществляться только опытными специалистами, знающими степень риска и безопасности.
Тепло, выделяемое в процессе обработки может размагнитить магнит и привести к его возгоранию, создает угрозу жизни. Сухой порошок, полученный во время обработки также очень горюч и большое внимание должно быть уделено тому, чтобы избежать горения этого материала. Можно ли сварить неодимовые магниты? Нет нельзя, тепло будет размагничивать магнит и может привести к его возгоранию... Боится ли нагрева неодимовый магнит? Неодимовый магнит чувствителен к нагреванию.
Как разъединить слипшиеся неодимовые магниты? Магниты можно разъединить только на сдвиг. Сцепленные магниты положите ребром на край стола и один из магнитов сдвигайте вниз. Только будьте осторожны, чтобы при отрыве они снова не сцепились вместе. Будут ли мои неодимовые магниты терять силу с течением времени? Очень мало.
Неодимовые магниты являются сильнейшими и наиболее постоянными магнитами, известные человеку. Как можно удалить металлическую пыль с магнитов? Использование клейкой ленты для захвата металлической пыли является лучшим способом для очистки магнитов. С проблемой загрязнения магнитов довольно часто сталкиваются владельцы неокубов, т. И вот как раз обычный скотч вам и поможет собрать налипший мусор. Кстати купить неокуб в Воронеже можно у нас на сайте.
Почему большинство неодимовых магнитов напыляется гальваническим или другим покрытием? Неодимовые магниты состоят в основном из неодима, железа и бора. Если неодимовые магниты не покрывать, железо в материале под воздействием влаги очень быстро окисляется. Даже при нормальной влажности железо будет ржаветь с течением времени. Для защиты железа от воздействия влаги, большинство неодимовых магнитов покрывается гальваническим или другим способом. Какая разница между различными покрытиями магнитов?
Вещества и предметы состоят из мельчайших атомов, эта физическая единица представляет собой ядро и движущиеся вокруг него электроны. Поскольку электроны имеют отрицательные заряды, то создают магнитные поля. Вращение электрона по часовой стрелке направляет магнитное поле наверх, а вращение против часовой стрелки — вниз. Если количество разнонаправленных полей совпадает, то магнитные поля отсутствуют. Если баланс нарушается, и электроны начинают вращение в одном направлении, возникает магнитное поле большой силы. Именно этот процесс и происходит в минерале под названием магнетит. У магнита два полюса: северный и южный.
Если два магнита расположить вблизи, они начинают направлять магнитные поля строго в одном направлении, другими словами, усиливать друг друга. Южный полюс первого магнита стремится к северному полюсу второго. Если вблизи оказываются пара северных или пара южных полюсов магнитов, их магнитные поля направляются в разные стороны, и магниты отталкиваются. В структуре железа происходят приблизительно такие же процессы, электроны производят вращение в одну сторону. Если рядом появляется магнит, железо воспринимает его как близкий по структуре материал и стремится соединить свои магнитные поля с полями минерала. Железо само становится магнитом, находясь рядом с минералом. Пока железо и магнит притянуты друг к другу, их магнитные поля остаются в параллельном направлении.
Как только они разъединяются, магнитные свойства железа исчезают. Например, если у вас есть частица, движущаяся вперед в направлении x со скоростьюv, то это значение должно быть положительным. Если он движется в другом направлении, то значение v должно быть отрицательным. Эти две частицы отталкиваются друг от друга, если магнитные силы, определяемые их соответствующими магнитными полями между ними, нейтрализуют друг друга, указывая в разных направлениях друг от друга. Если две силы направлены в разные стороны друг к другу, магнитная сила притягивает. Магнитная сила вызвана этими движениями частиц. Вы можете использовать эти идеи, чтобы показать, как магнетизм работает с повседневными предметами.
Например, если вы поместите неодимовый магнит рядом со стальной отверткой и переместите его вверх, вниз по валу, а затем удалите магнит, отвертка может сохранить в нем некоторый магнетизм. Это происходит из-за взаимодействующих магнитных полей между двумя объектами, которые создают силу притяжения, когда они нейтрализуют друг друга. Это определение «отталкивать и притягивать» справедливо во всех случаях использования магнитов и магнитных полей. Следите за тем, какие направления соответствуют отталкиванию и притяжению. Отталкивающая сила магнита Противоположности притягиваются. Чтобы объяснить, почему магниты отталкиваются друг от друга, северный конец одного магнита будет притягиваться к югу от другого магнита.
Раскручиваю на берегу конец веревки с магнитом, забрасываю, жду немного, чтобы он лег на дно, и медленно тащу назад. Вспомнился вдруг пушкинский Балда. Как стал он на берегу веревку крутить, да конец ее в море мочить. Чтобы веревкой море морщить, и бесовское племя корчить. Бесы-то задолжали попу оброк. Интересно, какой оброк вытащим мы с Порываевым? На пятом забросе тропаревский чертенок прицепил мне к магниту странную монетку. Иду к Владимиру, он в монетах дока, известный кладоискатель. По берегам обычно немало гастарбайтеров бродит. Рыбу ловят на пропитание…» Вскоре еще одна монетка прицепилась. Наша, пятирублевая. Порываеву бесы подкинули два рубля. И то добыча. Магнит с тремя сомами и пятью рублями. Только сталь, железо, чугун. Так что серьезных кладов не жди. Лишь копейки, рубли ельцинского периода, да современные российские. Так называется обычная сталь, покрытая тончайшим слоем никеля, мельхиора, латуни. Хотя бывают случаи… В Брянской области знакомый кладоискатель попал на заброшенный хутор. Опустил магнит в колодец. Чувствует, что-то мощное прицепилось. Тянет, тянет — отвалился груз. Поднял только сковородку. А к ней изнутри «прикипел» серебряный советский полтинник 20-х годов. На следующий год приехал с насосом, выкачал колодец. На дне крынка с несколькими сотнями серебряных полтинников. Типичный «нэпманский клад», весьма распространенный у нас. Сковородку неведомый хуторянин в сталинские времена вместо крышки смолой приклеил к крынке с сокровищем. В надежде использовать в будущем. Но не смог. Возможно, раскулачили бедолагу, отправили в лагеря. Другой случай: знакомый принес в прошлом году ржавый шкворень, поднятый магнитом в Яузе. А к нему «прикипела» уникальная монета времен Бориса Годунова - золотой угорский. Нумизматам известно всего несколько экземпляров. Один я видел в Эрмитаже. Такими монетами Годунов награждал отличившихся воинов за ратные подвиги. Стоимость монеты — более миллиона рублей. За века золотой «окутала» ржавчина от шкворня, оборотной стороны не видно было. Сейчас она находится в музее истории Москвы. Через несколько забросов - еще один. Порываев как бывший сотрудник спецслужб вынес приговор: «На 99 процентов — от маузера 1934 года. Будем искать сам маузер.
Часто задаваемые вопросы по неодимовым магнитам (FAQ)
Если вам понравилась эта статья, почему бы также не прочитать о том, почему магниты притягивают металл или факты о счетах? Таким образом, магниты притягивают железо благодаря своим магнитным свойствам и магнитным веществам, которые содержатся внутри магнита. После эксперимента с лягушкой стало ясно, что магнит способен притягивать все, но почему сильнее всего он притягивает железо? Расплавленное железо против магнита: увлекательный эксперимент. Как ведет себя расплавленное железо и обладает ли оно магнитными свойствами? Почему тогда магнит не все притягивает? Расстояние между магнитом и притягиваемым объектом влияет на силу притяжения: сила ослабевает с увеличением расстояния.
Расплавленное железо против магнита: увлекательный эксперимент
Основная причина, почему железо притягивается к магниту, заключается в его атомной структуре. Может ли мощный магнит притянуть железо в нашей крови? вот говорят, подобное тянется к подобному, а как же тогда "противоположное притягивается" например магнит? Почему магнит притягивает лишь определенные вещества?