Чего нет у магнита

Опубликовано 19 октября 2022 г. в 18:12 (GMT+3). Последнее обновление 19 октября 2022 г. в 18:12 (GMT+3). Связаться с редакцией

Чего нет у магнита

Почему в магнитах нет электричества, хотя есть магнитное поле?

В постоянных магнитах есть магнитные домены, которые и образуют магнитное поле, но для электрического тока нужна энергия, которая получается при помощи механической работы по перемещению проводника в переменном магнитном поле.

Если вопрос о магнитах постоянного тока, то они делаются из ферромагнетиков, вот эти материалы после намагничивания могут иметь собственное магнитное поле..

Как это происходит.

Дело в том, что токи (точнее микротоки) есть в любом веществе..

Это в первую очередь — вращающиеся электроны вокруг ядра..

Они создают магнитные поля, но у большинства химических элементов структура атомных оболочек такова, что общее магнитное поле в атоме равна практически нулю..

И лишь небольшая группа веществ, в первую очередь — железо имеют не нулевое магнитное поле атома, при этом поля атомов ориентируются в небольших областях в группы, где направление поля одинаковое.. Вот эта группа атомов называется магнитным доменом..

В обычных условиях, когда ферромагнетик не намагничен (нет внешнего магнитного поля) домены имеют разное направление, в результате чего сам ферромагнетик имеет нулевое магнитное суммарное поле..

Если появляется внешнее магнитное поле с ненулевой напряжённостью, то домены начинают ориентироваться по этому полю и чем больше внешнее поле, тем больше доменов начинают ориентироваться в одну сторону, сливаясь во всё большие домены..

При определённом значении внешней напряжённости все домены превращаются в один большой домен..

Всё это сопровождается увеличением количества силовых линий, их плотностью, что выражается индукцией В..

И когда почти все домены превратились в один домен, то при дальнейшем рост количества силовых линий прекращается и далее при увеличении напряжённости индукция не растёт, наступает насыщение..

Если теперь убрать внешнее магнитное поле (прекратить намагничивание), то количество силовых линий уменьшится, но не до нуля..

Это явление называется остаточной намагниченностью.. Чем больше эта величина, те сильнее магнит..

Теперь, чтоб размагнитить нужно приложить внешнее поле, чем больше напряжённость внешнего поля, тем больше т.н. коэрцетивная сила..

Те ферромагнетики, которые работают в переменных полях — в трансформаторах, электродвигателях имеют малую коэрцетивную силу, у них петля гистерезиса узкая, а вот постоянные магниты должны иметь широкую петлю..

Петля гистерезиса появляется на характеристике напряжённость-индукция из-за того, что намагничиваие и размагничивание идут с разными величинами индукций, т.е. вещество откликается по разному при изменении направления внешнего магнитного поля..

Магнитное поле и электричество – два взаимосвязанных понятия, которые играют важную роль в физике. Однако, несмотря на то, что магниты могут создавать магнитное поле, в них нет электричества. Почему так происходит?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо понимать, что магнитное поле и электричество – это две разные формы энергии, которые проявляются в различных физических явлениях. Магнитное поле возникает при движении электрических зарядов, а электричество – это поток электрических зарядов.

В магнитах магнитное поле возникает за счет движения электронов в атомах. Электроны обладают зарядом и движутся по орбитам вокруг ядра. Когда электроны двигаются, они создают магнитное поле. В магнитах все электроны ориентированы в одном направлении, что создает сильное магнитное поле.

Однако, несмотря на то, что в магнитах есть магнитное поле, в них нет электричества. Это связано с тем, что магниты состоят из материалов, которые не проводят электрический ток. Например, железо – один из самых распространенных материалов для создания магнитов – является плохим проводником электричества. (Железо является хорошим проводником электричества. Однако, в магнитах используются материалы, которые имеют высокую магнитную проницаемость, но не являются хорошими проводниками электричества, например, сплавы на основе железа, никеля и кобальта.)

Таким образом, можно сказать, что отсутствие электричества в магнитах связано с особенностями их структуры и состава материала. Магниты создают магнитное поле благодаря движению электронов в атомах, но при этом не проводят электрический ток.

Несмотря на отсутствие электричества в магнитах, они имеют широкое применение в нашей жизни. Магниты используются в различных устройствах – от динамиков и моторов до компьютерных жестких дисков и медицинских приборов. Магниты также играют важную роль в науке и технике, например, для создания синхротронов и других устройств для исследования структуры материи.

В заключении можно сказать, что отсутствие электричества в магнитах связано с особенностями их структуры и состава материала. Магниты создают магнитное поле благодаря движению электронов в атомах, но при этом не проводят электрический ток. Магниты имеют широкое применение в нашей жизни и играют важную роль в науке и технике.

За счёт чего появляется свойство притяжения у магнитов?

Магнит — это фазовое состояние некоторых парамагнитных материалов. При этом образец материала обладает своим магнитным моментом даже при отсутствии внешнего магнитного поля.

Все атомы в этом мире делятся на парамагнитные и диамагнитные. Парамагнитные атомы имеют свой собственный магнитный момент. То есть парамагнитный атом, это, как бы, маленький магнитик.
А диамагнитные атомы, это простые атому, которые не имеют своего собственного магнитного момента.
Соответственно и все вещества в этом мире делятся на парамагнетики и диамагнетики. Если в состав вещества входят только одни диамагнитные атомы, то это диамагнетик. Если в состав вещества входит хотя бы один парамагнитный атом, то это уже парамагнитные вещество.
Если парамагнетик охладить, то при низких температурах магнитные моменты его парамагнитных атомов перестают хаотически вращаться и получается «замороженная» структура. Эти замороженные структуры магнитных моментов часто бывают упорядоченными и периодическими.
Среди всех таких замороженных структур встречается одна очень простая структура. Это когда все магнитные моменты парамагнитных атомов направлены в одну сторону. Такая структура называется ферромагнитной. И при этом говорят, что вещество находится в ферромагнитной фазе. Образец материала в фазе ферромагнетизма будет иметь свой магнитный момент, так как когда все магнитные моменты парамагнитных атомов направлены в одну сторону, то их магнитные моменты складываются друг с другом. Для железа, никеля и кобальта ферромагнитная фаза наступает уже при охлаждении до комнатной температуры.
Большинство магнитов являются ферромагнетиками.
Кроме ферромагнетиков, есть еще очень много других «замороженных» магнитных структур. Самые распространенные другие магниты, это ферриты. В ферритах два вида парамагнитных атомов с разными по величине магнитными моментами. При низких температурах у одних атомов магнитные моменты выстраиваются направленными в одну сторону, а у других парамагнитных атомов выстраиваются направленными в другую сторону. А так как величины этих магнитных моментов разные, то они не компенсируют друг друга и образец оказывается намагниченным.
Многие сплавы металлов образуют такую ферритовую структуру уже при охлаждении до комнатных температур.

Само состояние ферромагнетизма и ферримагнетизма длится бесконечно долго, если температура не меняется.
Но вот сам образец магнита со временем размагничивается. Скорость размагничивания зависит от материала и от температуры. Железо при комнатной температуре будет размагничиваться сотни тысяч лет.
Такое естественное размагничивание магнитов связано с тем, что энергетически выгодно магниту разбиться на мелкие области, домены, так, чтобы в каждом домене было свое направление намагниченности у парамагнитных атомов. Размеры доменов обычно от 10’000 межатомных расстояний и более. Внутри каждого домена намагниченность однородная. Но направления намагниченности во всех доменах разное. Поэтому суммарная намагниченность становится нулевой, так как намагниченности всех доменов взаимно компенсируют друг друга. Поэтому в обычном состоянии железо разбито на домены и не является магнитом. Чтобы обычное железо сделать магнитом, его надо сначала поместить в сильное магнитное поле, чтобы домены, намагниченные вдоль поля «сожрали» те домены, которые намагничены против поля и под углом к направлению внешнего магнитного поля.

Чего нет у магнита

Все о магнитах — интересные факты, самые популярные вопросы и ответы

Из этой статьи вы узнаете: Что происходит с неодимовым магнитом, если его расплавить или разрезать пополам? Магнит крепче держится на другом магните или на стали? Ослабевает ли магнитная сила магнитов со временем? Влияет ли температура на магнитную силу магнитов? Может ли стекло быть магнитным? Могут ли магниты быть мягкими и гибкими? Есть ли резина, которая реагирует на магнит? Какое самое сильное магнитное поле удалось создать на сегодняшний день? Чувствительны ли живые существа к магнетизму? И многое другое.

Также в статье есть описание пяти экспериментов, которые позволят узнать, насколько сильно неодимовый магнит притягивает яблоко. Вы также узнаете, что произойдет с магнитом, когда вы приблизите к нему горящую свечу и как неодимовый магнит искажает изображение на ЭЛТ-мониторе.

Дальше смотрите ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы, а также несколько идей интересных экспериментов.

1) Что вызывает магнитное поле у ​​магнита?

Магнитное поле — это пространство вокруг магнита, в котором действуют магнитные силы. Это вызвано движением электрических зарядов. Магнитное поле создается постоянным магнитом или электромагнитом.

Магнитное поле постоянных магнитов создается движением электронов вокруг ядра атома. Постоянные магниты не нуждаются во внешних воздействиях для создания магнитного поля. В случае электромагнитов движение электронов создается электрическим током. Таким образом, электромагнитам необходим электрический ток для создания магнитного поля — с увеличением тока увеличивается и магнитное поле (смотрите — Как сделать электромагнит своими руками?).

Распределение магнитного поля представлено линиями магнитной индукции. Линии индукции проходят от северного к южному магнитному полюсу магнита.

2) Почему магнит притягивает только предметы из железа, никеля и кобальта?

Магнит притягивает не только предметы из железа, никеля и кобальта. Объекты, сделанные из ферромагнитных материалов — железа, никеля, кобальта и их сплавов, больше всего притягиваются к магниту — на них действует сила притяжения магнита. Однако есть также материалы, которые не содержат железа, никеля, кобальта, но все же реагируют на магнитное поле. И это не всегда просто сила притяжения. Это парамагнитные и диамагнитные вещества.

3) В яблоке есть железо. Так почему его не притягивает магнит?

Большинство живых организмов и продуктов питания также содержат определенное количество железа, но они не притягиваются магнитом. Почему? Это потому, что в них очень мало железа.

В 100-граммовом яблоке содержится железо на молекулярном уровне — всего 0,3 мг железа. И обычного магнита этого недостаточно, чтобы привлечь его. Но если вы используете сверхсильный магнит и, например, повесите яблоко на веревке, возможно, на него повлияет сильный магнит.

4) Что такое магнитомягкий и твердый материал?

Ферромагнитные вещества можно разделить на магнитомягкие и магнитотвердые, в зависимости от того, как они теряют или сохраняют свои магнитные свойства.

Магнитомягкое вещество — это вещество из ферромагнитного материала, которое отличается тем, что оно теряет свои магнитные свойства после намагничивания (намагничивания) и удаления из внешнего магнитного поля. Магнитномягкий материал требует чистого железа и низкоуглеродистой стали.

Магнитотвердое вещество — это вещество, изготовленное из ферромагнитного материала, которое отличается тем, что после намагничивания оно сохраняет свои магнитные свойства в течение длительного времени после удаления из внешнего магнитного поля магнита. Магнитотвердые материалы — это, например, постоянные магниты (Sm — самарий, Nd — неодим).

5) Почему в некоторые магнитные вещества добавляют кремний?

Кремний — это полуметаллический элемент земной коры. Это основное сырье для производства стекла, керамики и строительных материалов. Он также используется производителями полупроводниковых компонентов. Кремний используется для регулирования магнитных свойств магнитных веществ? Благодаря добавке кремния ферромагнетики увеличивают удельное сопротивление, уменьшают магнитные потери, анизотропию и коэрцитивную силу. Также увеличится твердость и хрупкость материала.

6) Что такое Гаусс и Тесла?

Гаусс и Тесла — единицы магнитной индукции, различающиеся по использованию в определенной системе единиц.

Гаусс — это физическая единица гауссовой магнитной индукции B в системе CGS. Он сокращенно G или Gs и назван в честь немецкого ученого К.Ф. Гаусса. Если магнитное поле в данном месте имеет гауссову магнитную индукцию, равную 1 Гс, его магнитная индукция равна 10 -4 Тл (Тесла).

Тесла — единица магнитной индукции в системе СИ, сокращенно — T. Единица названа в честь выдающегося инженера-электрика и изобретателя Николы Тесла. 1 Тесла соответствует 10000 Гаусс (Г).

7 ) Какое самое сильное магнитное поле удалось создать на сегодняшний день?

Группа ученых из Токийского университета во главе с физиком Содзиро Такеяма создала чрезвычайно сильный электромагнит, который генерировал магнитное поле в 1200 тесла.

Для сравнения: магнитное поле Земли содержит от 25 до 65 микро т е сла , а медицинские устройства магнитно-резонансной томографии генерируют магнитное поле силой 3 Тесла. Однако эксперимент длился всего 100 микросекунд, что составляет 0,0001 секунду, после чего электромагнит взорвался.

8 ) Магнит крепче держится на другом магните или на стали?

Многие спрашивают об этом. Однако однозначного ответа нет. Удерживающая сила зависит от нескольких факторов:

Если сталь достаточно большая, удерживающая сила между сильным магнитом и куском стального листа такая же, как для магнита с магнитом. Сила прижима неодимовых магнитов к стали.

Если кусок стального листа слишком маленький или тонкий, сила между магнитом и сталью меньше. Насколько большим должен быть кусок стали, чем размер магнита? Если вы используете неодимовый магнит размером 12 × 12 мм, то стальной лист должен быть 25 × 25 мм. Сила прижима неодимовых магнитов к стали. Сила прижима неодимовых магнитов к стали.

Если между сталью и магнитом есть зазор, то удерживающая сила между одним магнитом и другим больше, чем между магнитом и сталью.

9 ) Теряют ли магниты прочность, если они длительное время прикреплены к ферромагнитному материалу?

Неодимовые магниты обычно почти постоянно сохраняют магнетизм. Сила, необходимая для размагничивания магнита, называется коэрцитивной силой. Это способность постоянного магнита противостоять размагничиванию во внешнем магнитном поле.

Чем больше коэрцитивная сила магнита, тем лучше он выдерживает размагничивание как внешними, так и собственными магнитными полями и, следовательно, имеет меньшую тенденцию к ослаблению.

Магнитотвердые материалы, используемые для изготовления постоянных магнитов, представляют собой ферромагнитные вещества с высокой коэрцитивной силой. Если вы не подвергаете магниты воздействию высоких температур и других сильных магнитных полей, они будут намагничиваться годами.

10 ) Влияет ли температура на магнитную силу и что такое температура Кюри?

Да, температура влияет на магнитную силу. Температуру Кюри впервые описал французский физик Пьер Кюри, муж Марии Кюри-Склодовской. Какова температура Кюри некоторых материалов? Смотрите на таблицу ниже.

Что происходит с магнитом, если его нагреть выше критической температуры Кюри? Ферромагнитное вещество состоит из диполей, которые образуют небольшие магнитные домены (области). Если магнит намагничен, домены располагаются равномерно.

Например, если вы бросите магнит в огонь, ориентация магнитных доменов резко изменится. При хаотическом расположении доменов магнит теряет свои магнитные свойства.

Посмотрите в видео, как пламя свечи воздействует на кусок никелевой монеты:

1 1 ) Если я разрежу магнит, теоретически должны образоваться два отдельных магнита, которые будут притягиваться на режущей стороне. Это так?

Если вы разрежете стержневой магнит вдоль, вы получите два новых отдельных магнита. Когда вы разрезаете магнит перпендикулярно магнитной оси, магниты будут притягиваться, но если вы разрежете вдоль магнитной оси, обе части будут отталкиваться друг от друга.

1 2 ) Магниты работают в космосе?

Да. Космический вакуум содержит огромное количество пыли, газа, элементарных частиц и переплетен с электромагнитным излучением и магнитными полями. Электрические и магнитные силы в вакууме даже немного сильнее, чем в воздухе на Земле.

1 3 ) Что происходит с магнитом, если его расплавить?

Если расплавить неодимовый магнит, он, вероятно, превратится в кусок металла, из которого он сделан — неодима, железа и бора. Сильные неодимовые магниты теряют магнетизм при нагревании выше 80 ° C.

Ферритовые магниты более термостойкие. Их экстремальная температура составляет 250 ° C. А тем более термостойкие самариево-кобальтовые магниты, выдерживающие температуру до 350 ° C.

1 4 ) Как можно заблокировать магнитную силу?

Магниты должны потерять свою магнитную силу, если вы подвергнете их воздействию чрезвычайно высоких температур в течение продолжительных периодов времени, например, когда вы бросите их в огонь. Однако есть так называемые диамагнитные вещества, которые ослабляют магнитное поле и в то же время слабо из него выдавливаются.

висмут — элемент тяжелого металла белого цвета со слабым розовым отливом.

пиролитический углерод — легкая форма графита. Он используется для демонстрации диамагнитной левитации.

Мю-металл — мягкий ферромагнитный сплав никеля, железа и других элементов.

Посмотрите видео о диамагнитной левитации:

1 5 ) Что такое антимагнит?

До недавнего времени экранировать магнитное поле было невозможно. Только в 2011 году испанские ученые создали первый антимагнит.

По своей конструкции антимагнит состоит из нескольких слоев. Внутренний слой изготовлен из сверхпроводящего материала, который блокирует выход внутреннего магнитного поля, а также предотвращает проникновение внешнего магнитного поля. Остальные примерно десять слоев сделаны из специальных метаматериалов, предотвращающих взаимные помехи или изменения магнитных полей.

Чем может быть полезен антимагнит? Его можно использовать, например, у пациентов с кардиостимуляторами или слуховыми имплантатами, чтобы они могли проходить обследование с помощью медицинских устройств, генерирующих сильное магнитное поле. Это также поможет защитить корабли от мин, активируемых магнитом.

1 6 ) Что такое биполярный магнит?

Есть несколько видов намагничивания. Один из них — радиальное намагничивание, которое в дальнейшем делится на биполярное и мультиполярное.

Биполярный кольцевой магнит имеет один магнитный полюс на внутренней стенке кольца, а другой — на внешней стороне. Радиальные кольца используются, например, в машиностроении, робототехнике, хирургии или при управлении технологическими процессами.

1 7 ) Могут ли магниты быть мягкими и гибкими?

Магниты по своей природе твердые, потому что они изготавливаются из твердых материалов. Однако специалисты по производству резиновых уплотнений могут добавлять в силиконовый каучук магнитные частицы, которые в результате могут быть магнитными. Силиконовый каучук остается эластичным и гибким даже при очень низких температурах.

Это используется, например, производителями холодильников и морозильников, которые устанавливают его на двери. Резиновый уплотнитель, заполненный магнитными частицами, хорошо прилегает к плоской и округлой конструкции холодильника, благодаря чему в нее не проникает тепло.

Гибкие магниты также входят в состав магнитных игрушек. Вы можете знать магнитный слайм как игрушку для детей. Изучите дом, может быть, вы найдете резиновые магниты где-нибудь еще.

Прорезиненные магниты — это классические неодимовые магниты, покрытые тонким слоем резины. Слой резины предотвращает скольжение и защищает магнит от царапин.

18 ) Как работает магнитная доска для рисования?

Частью магнитной доски для рисования является магнитный карандаш, которым вы рисуете на доске.

Как работает магнитный стол? Магнитный стол для детей состоит из ячеек, заполненных белой вязкой эмульсией (несжимаемая жидкость с высоким внутренним трением) и железных опилок.

В месте соприкосновения карандаша с магнитом железные опилки притягиваются к передней поверхности стола — опилки переносятся с задней части стола на лицевую сторону и создают черный рисунок. Вязкая жидкость будет удерживать опилки спереди, даже если вы постучите по столу.

Как удалить нарисованное изображение? Движущаяся магнитная полоса используется для удаления изображения. Вы можете свободно перемещать полосу и удалять только часть рисунка или все изображение. Если не удалить рисунок, он останется на столе несколько лет, пока жидкость не высохнет.

Посмотрите, как работает магнитный стол, на видео:

1 9 ) Является ли свинец магнитным и что такое диамагнетизм?

Свинец (Pb) — тяжелый металл, известный человечеству с древних времен. Свинец не магнитный, он диамагнитный. Это означает, что он отталкивается внешним магнитным полем.

Диамагнетизм противоположен парамагнетизму. Если вы поднесете к свинцу очень сильный неодимовый магнит, он будет слегка отталкиваться. Еще одно диамагнитное вещество — это также висмут, углерод, золото или медь.

Посмотрите видео, чтобы увидеть, как пиролитический графит и висмут реагируют на сильный неодимовый магнит :

20 ) Обладает ли золото магнитными свойствами ?

Золото не ферромагнитно, и магниты его не притягивают. Золото — одно из диамагнитных веществ, которое ослабляет внешнее магнитное поле, и в результате золотые предметы слегка отталкиваются от магнита.

21 ) Может ли стекло быть магнитным?

Есть урановое стекло, в котором содержится от 2 до 25% урана. Стекло оливкового цвета и в ультрафиолете светится темно-зеленым цветом — оно флуоресцирует.

Стеклодувы в Богемии производили урановое стекло в основном во второй половине 19 века, а также в 20 веке. Бум пришел с началом холодной войны, когда уран был легко доступен. Но с его окончанием производство уранового стекла резко упало.

Достаточно чувствительный счетчик Гейгера может обнаруживать небольшую степень излучения в урановом стекле с более высокой долей урана. Но большинство кусков уранового стекла эксперты считают безвредными и лишь незначительно радиоактивными.

Реагирует ли урановое стекло на магнит? Уран — парамагнитный элемент, поэтому да, он реагирует. На видео автор демонстрирует, как различные элементы, в том числе урановое стекло, реагируют на сверхсильный круглый магнит диаметром 50 мм. Каждый элемент кладется на кусок пенопласта в таз с водой :

22) Можно ли зарядить или «перезарядить» постоянный магнит?

Старый магнит можно перезарядить новым сильным неодимовым магнитом, если он не разряжен полностью. Сначала определите полюса слабого магнита. Затем протрите северный полюс нового магнита северным полюсом нового магнита — в одном направлении от центра к краю. Сделайте то же самое для Южного полюса.

23) Что такое поле Хальбаха?

Поле Хальбаха — это особое расположение постоянных магнитов. Для магнита магнитное поле имеет одинаковую силу с обеих сторон магнита. Расположение магнитов по Гальбаху усиливает магнитное поле на одной стороне магнита, в то время как поле на другой стороне является слабым.

В коротком видео ниже вы увидите, как одна сторона набора постоянных магнитов, расположенных в соответствии с полем Хальбаха, магнитно намного сильнее, чем другая.

24) Что такое магнитный мендосинский мотор ?

Мендосинский мотор — это левитирующий электродвигатель, работающий от солнечной энергии.

Для работы электродвигателя необходим прямой солнечный свет. Двигатель обычно питает четыре монокристаллических солнечных элемента. Каждая из этих ячеек вырабатывает электричество, когда она находится в верхнем положении — когда она освещена солнечным светом.

Затем солнечные панели проводят электричество к катушке. Эта катушка с электромагнитными свойствами становится магнитной и притягивается к постоянному магниту в основании.

Благодаря этому ротор многократно вращается, и таким образом отдельные панели чередуются. Скорость вращения ротора зависит от интенсивности падающего света. Чем ярче свет, тем быстрее он будет вращаться.

Чтобы лучше понять, посмотрите видео:

25) Что такое супердиамагнетизм?

Супердиамагнетизм связан со сверхпроводимостью. Сверхпроводник — это материал, который при охлаждении ниже критической температуры практически не показывает сопротивления проводимости электричества. Он супердиамагнитен, то есть отталкивает силовые линии магнитного поля, такие как сильные магниты, внутри своего объема. Диамагнитные вещества отталкивают друг друга от магнита.

Сверхпроводящие магниты используются, например, в парящих поездах на магнитной подвеске, где они встраиваются в нижнюю часть шасси поезда.

Кубический магнит, парящий над сверхпроводящим материалом

Поезд на магнитной подвеске

26) Чувствительны ли живые существа к магнетизму?

Да, некоторые животные чувствительны к магнетизму. Они воспринимают силовые линии, проходящие между магнитными полюсами Земли, и в результате ориентируются в своих долгих путешествиях.

Исследователи полагают, что голуби и перелетные птицы используют микроскопические частицы магнетита в своей голове, чтобы ориентироваться, а также криптохромы в глазах птиц.

Криптохромы в сетчатке глаза также помогают осьминогам ориентироваться. Исследователи также обнаружили частицы магнетита у бактерий, лосося, морских черепах, дельфинов, полевок и некоторых млекопитающих.

27) Что такое Курская магнитная аномалия?

Магнитная аномалия возникает в земной коре — на глубине до 70 км от поверхности земли. Он характеризуется существенно отличающейся от окружающей геологической среды намагниченностью.

Магнитная аномалия вызвана аномальной концентрацией железосодержащих минералов. Одной из таких аномалий является Курская магнитная аномалия в России. Это территория с огромными залежами железной руды и крупнейшая магнитная аномалия на Земле.

Курская магнитная аномалия

Михаил Блинников утверждает в книге «География России и ее соседей», что под землей находится около 31 миллиарда метрических тонн железной руды. Из-за огромного количества железа здесь не работают магнитные компасы — вместо севера стрелка компаса указывает почти в противоположную сторону.

Другими известными аномалиями являются, например, магнитная аномалия Банги в Центральной Африке или магнитная аномалия Тигами в Канаде.

28) Есть ли магнитные океаны?

Океаны составляют 70% поверхности Земли. Благодаря подводным течениям и приливам океаны, вероятно, могут влиять и изменять курс магнетизма нашей планеты — они могут создавать свой собственный магнетизм. Как это возможно?

Согласно теории ученых, соленая вода, которая постоянно течет с приливами, создает электрический ток по всей планете. И этот электрический ток притягивает магнитное поле глубоко под земной корой.

5 интересных экспериментов с магнитами

Эксперимент 1. Притягивает ли неодимовый магнит яблоко?

Поставьте банки из-под лимонада или пива друг на друга и положите на них деревянную палочку. Вы можете использовать, например, китайские палочки для еды, которые вы склеиваете.

Соедините два яблока китайской палочкой и повесьте их веревкой на палочке на подставке. Как вы можете видеть на видео ниже. Затем медленно поднесите сверхсильный неодимовый магнит ближе к яблокам, и яблоки начнут медленно двигаться.

Как может яблоко реагировать на магнит? Яблоко содержит небольшое количество железа и поэтому притягивается сильной магнитной силой. Что произойдет, если вы поместите яблоко между двумя сильными магнитами и уроните магниты друг на друга?

Эксперимент 2 — Сколько левитирующих монет будет удерживать сильный магнит из неодима?

Используйте решетку для банок с первой попытки и добавьте другую банку посередине. Поместите сверху плоскую палочку и неодимовый магнитный диск.

Подготовьте 4 монеты, содержащие железо и поместите их друг на друга в вертикальном положении. Что случится? Из-за сильного магнитного поля между сильным магнитом монеты начинают левитировать и вращаться.

Эксперимент 3 — Сколько висящих монет удержат сильный магнит?

Сильный магнит удержит много монет, но сколько? Используйте подставку с магнитом из предыдущего эксперимента и приготовьте несколько монет. Прикрепите первую монету к магниту и постепенно подхватите под себя остальные. Подсчитайте, насколько неодимовый магнит удержит монеты под собой.

Эксперимент 4 — Как магнит работает при высокой температуре?

Наденьте неодимовый диск на гвоздь и прикрепите его к тискам. Зажгите свечу и нагрейте магнит пламенем. Что теперь происходит с магнитом? Температура пламени свечи составляет около 1000 ° C, этого достаточно, чтобы магнит потерял свои магнитные свойства после нагрева.

Если вы подвергнете неодимовый магнит воздействию температур выше 80 градусов Цельсия в течение длительного времени, его магнитная сила ослабнет.

При таких температурах кристаллическая решетка разрушается, и магнит ослабевает. Если, например, бросить неодимовый магнит в огонь, он потеряет свою магнитную силу.

Эксперимент 5 — искажает ли сильный неодимовый магнит изображение ЭЛТ-монитора?

Если у вас есть старый ЭЛТ-монитор, которым вы больше не будете пользоваться, сделайте пятую попытку. Включите монитор и поднесите круглый неодимовый магнит ближе к экрану . Когда вы поднесете сильный магнит ближе к экрану, изображение начнет искажаться, и на мониторе появятся магнитные линии.

Предупреждение: эксперименты и игры с сильными неодимовыми магнитами могут быть опасными, остерегайтесь риска травм.

Постоянный магнит: взаимодействие с объектами, магнитное поле, размагничивание

Постоянные магниты – это вещества, которые обладают постоянной магнитной силой. Концы постоянных магнитов называются полюсами. У каждого магнита два полюса: северный (N) и южный (S). На некоторых магнитах они отмечены двумя цветами (чаще всего синим и красным).

Постоянные магниты в отличие от электромагнитов, не требуют электричества для создания своего магнитного поля. Постоянные магниты всегда состоят из ферромагнитных материалов, элементарные магниты которых, атомные спины, выровнены параллельно в процессе намагничивания. Это может произойти при охлаждении расплавленных ферромагнитных пород. Такая горная порода (магнетиты) была исторически найдена древними греками около города Магнесия (город в Малой Азии). Таким образом, город Магнезия является историческим эпонимом магнетизма.

Небольшие постоянные магниты используются для сбора мелких металлических деталей или для крепления легких предметов к магнитным доскам. Например, наконечники некоторых отверток намагничены, что позволяет удерживать металлический винт в поворотном шлице. Постоянные магниты также используются там, где необходимо создать электрический ток в небольших генераторах с помощью электромагнитной индукции. Примером этого является динамо-машина для велосипеда.

Как магниты взаимодействуют с другими объектами?

Ещё древнегреческий ученый Фалес Милетский заметил, что предметы из магнетита взаимодействуют с предметами, содержащими железо.

Поднося магнит к предметам, изготовленным из различных материалов, можно установить, что магнитом притягиваются очень не многие из них. Хорошо притягиваются магнитом чугун, сталь, железо и некоторые сплавы, гораздо слабее никель и кобальт. Вообще не притягиваются магнитами тела из цветным металлов, например, медь, алюминий и другие.

Постоянные магниты могут притягивать ферромагнитные вещества (например, железо) или отталкивать друг друга на одноименных полюсах (северный полюс к северному полюсу, южный полюс к южному полюсу). По сути, тела, длительное время сохраняющие намагниченность, и есть постоянные магниты или просто магниты.

Северный полюс постоянного магнита притягивает южный полюс другого постоянного магнита и наоборот. Между одноименными полюсами (северный полюс к северному полюсу, южный полюс к южному полюсу), напротив, действуют отталкивающие магнитные силы.

Рис. 1. Постоянные магниты

Однако постоянные магниты могут быть получены и искусственным путем. В этом процессе сильные ферромагнитные металлы, обычно сплавы, такие как самарий-кобальт, намагничиваются сильным внешним магнитным полем. Этот процесс намагничивания демонстрирует так называемый гистерезис, то есть несимметричное поведение материала при увеличении и последующем уменьшении внешнего магнитного поля. Гистерезис возникает потому, что выравнивание элементарных магнитов в ферромагните стабилизируется обменным взаимодействием, поэтому материал, который уже был намагничен, имеет другие свойства, чем ферромагнит, который еще не был намагничен.

Благодаря гистерезису магнитное поле сохраняется в ферромагните даже при отключении внешнего магнитного поля. Таким образом, намагниченный материал становится постоянным магнитом. Оставшаяся плотность магнитного потока называется остаточной намагниченностью.

Магнитное поле постоянных магнитов.

Магниты взаимодействуют не только с другими объектами, но и друг с другом. Пространство вокруг магнита, в котором действуют магнитные силы, называется магнитным полем.

А именно, если приблизить красный северный полюс стержневого магнита к северному полюсу второго, вращающегося магнита, то северный полюс этого магнита отворачивается от северного полюса стержневого магнита, – это работает как сила между двумя северными полюсами магнитов, и два одинаковых полюса отталкиваются друг от друга.

Если, с другой стороны, приблизить зеленый южный полюс стержневого магнита к красному северному полюсу вращающегося магнита, то северный полюс повернется к южному полюсу стержневого магнита. Между двумя разными полюсами также действует сила. Два разных полюса притягиваются друг к другу.

В обоих случаях действует следующее: если вы снова уберете стержневой магнит, поворотный магнит вернется в исходное положение. Применимо следующее: чем больше расстояние между полюсами, тем меньше силовое воздействие и, следовательно, отклонение магнита.

Силовое воздействие между полюсами магнитов

С помощью железных опилок можно получить представление о виде магнитного поля постоянных магнитов. Рисунок 2 даёт представление о картине магнитного поля полосового магнита. Как магнитные линии магнитного поля электрического тока, так и магнитные линии магнитного поля магнита – это замкнутые линии. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита, так же как магнитные линии катушки с электрическим током.

Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

Рис. 2. Опыт с железными опилками, которые расположились согласно силовым линиям магнитного поля полосового магнита

Что произойдет, если мы попытаемся разделить один магнит на два? Если мы повторим эксперименты с каждым из кусочков, мы обнаружим, что вокруг каждого из них есть магнитное поле. Оказалось, что из одного магнита были созданы два магнита. Мы никогда не можем получить один магнитный полюс. Как итог, магнитные полюса в магнитах всегда расположены попарно.

Размагничивание.

Размагничивание постоянного магнита возможно под воздействием тепла, сильной механической вибрации или сильного внешнего магнитного поля.

В то время как электромагнит может быть выключен простым выключением электрического тока, а полярность можно изменить, изменив направление электрического тока на противоположное, “выключить” постоянный магнит не представляется возможным. Отсюда и термин “постоянный”.

Постоянный магнит остается магнитным до тех пор, пока выравнивание атомных спинов не будет снова нарушено внешним воздействием (тепло, сильные удары, магнитные поля). Тогда магнитные силы исчезают, и материал приходится намагничивать заново. В крайних случаях материал может быть даже поврежден. Поэтому каждый постоянный магнит имеет максимальную рабочую температуру. При превышении этой температуры возможны повреждения. Выше температуры Кюри, характерной для конкретного материала, магнит в любом случае полностью размагничивается.

Сила магнитного поля постоянного магнита.

Сила магнитного поля постоянного магнита зависит от используемого материала, а также от точности, с которой осуществляется намагничивание материала. Намагничивание приводит к высокой остаточной намагниченности только в том случае, если достигается полное выравнивание всех спинов атомов. Для этого требуются подходящие материалы и технические ноу-хау.

Как описывается уравнениями Максвелла, – магнитные поля всегда исходят от движущихся зарядов. Существуют только магнитные поля, обусловленные движением заряда, которые всегда создают магнитное поле с северным и южным полюсом.

Силы магнитного поля постоянных магнитов объясняются микроскопическим движением зарядов в веществе. Например, электроны в атомах движутся с огромной скоростью. Электроны имеют характерный электронный спин. Из общего состояния движения электронов возникает магнитный момент и, следовательно, сила магнитного поля.

Магнитные силы всегда действуют вдоль магнитного поля. Это может быть представлено линиями поля. Линии поля также указывают направление и величину магнитных сил.

Рис. 3. Магнитное поле постоянного магнита

На рисунке 3 вы можете видеть, что петля проводника с электрическим током (слева) создает магнитное поле. Величина этого магнитного поля измеряется магнитным моментом. В ферромагнитном материале существует множество магнитных моментов (центр рисунка). Если все они выровнены параллельно, создается постоянный магнит. Постоянный магнит имеет магнитное поле, идентичное магнитному полю катушки. На представленном рисунке схематично обозначены только несколько линий магнитного поля.

Постоянные магниты могут быть изготовлены в широком разнообразии форм. Например, подковообразный магнит показан на рисунке 3 справа. В подковообразном магните северный и южный полюса расположены напротив друг друга. Поскольку линии магнитного поля всегда замкнуты как единое целое, они проходят от северного полюса к южному, а затем возвращаются к северному полюсу в материале. В воздушном пространстве подковообразного магнита это приводит к однородному магнитному полю с силовыми линиями, проходящими параллельно между полюсами.

3 разных типа магнитов и их применение

Магниты — это материалы, которые генерируют поле, которое притягивает или отталкивает некоторые другие материалы (например, железо и никель) с определенного расстояния. Это невидимое поле, известное как магнитное поле, отвечает за ключевые свойства магнита.

Древние люди использовали магниты по крайней мере с 500 г. до н.э., и самые ранние известные описания таких материалов и их характеристики происходят из Китая, Индии и Греции около 25 веков назад. Однако искусственные магниты были созданы еще в 1980-х годах.

Очевидно, что не все магниты состоят из одних и тех же веществ, и поэтому их можно разделить на разные классы в зависимости от их состава и источника магнетизма. Ниже приведен подробный список трех основных типов магнитов с указанием их свойств, прочности, а также промышленного и непромышленного применения.

1. Постоянные магниты

После намагничивания постоянные магниты могут сохранять магнетизм в течение продолжительного времени. Они сделаны из материалов, которые могут намагничиваться и создают собственное постоянное магнитное поле.
Обычно постоянные магниты изготавливаются из четырех различных типов материалов:

I) Ферритовые магниты

Стек ферритовых магнитов | Изображение предоставлено: Викимедиа

Ферритовые магниты (также называемые керамическими магнитами) являются электроизоляционными. Они темно-серого цвета и выглядят как карандашный грифель.

Ферриты обычно представляют собой ферромагнитные керамические соединения, получаемые путем смешивания больших количеств оксида железа с металлическими элементами, такими как марганец, барий, цинк и никель. Некоторые ферриты имеют кристаллическую структуру, например ферриты стронция и бария.

Они довольно популярны благодаря своей природе: они не подвержены коррозии и, следовательно, используются для продления жизненного цикла многих продуктов. Ферритовые магниты могут использоваться в чрезвычайно жарких условиях (до 300 градусов Цельсия), и стоимость изготовления таких магнитов также низкая, особенно если они производятся в больших объемах.

Они могут быть далее подразделены на «твердые», «полужесткие» или «мягкие» ферриты, в зависимости от их магнитных свойств.

Поскольку твердые ферриты трудно размагничивать, они обладают высокой коэрцитивной силой. Они используются для изготовления магнитов, например небольших электродвигателей и громкоговорителей. Мягкие ферриты, с другой стороны, имеют низкую коэрцитивную силу и используются для изготовления электронных индукторов, трансформаторов и различных микроволновых компонентов.

II) магниты Алнико

Магнит-подкова из алнико 5 | Эта U-образная форма образует мощное магнитное поле между полюсами, позволяя магниту захватывать тяжелые ферромагнитные материалы.

Магниты алнико состоят из алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), отсюда и название al-ni-co. Они часто включают титан и медь. В отличие от керамических магнитов, они являются электропроводящими и имеют высокие температуры плавления.

Чтобы классифицировать их (основываясь на их магнитных свойствах и химическом составе), Ассоциация производителей магнитных материалов присвоила им номера, такие как Alnico 3 или Alnico 7.

Алникос был самым сильным типом постоянных магнитов до развития редкоземельных магнитов в 1970-х годах. Известно, что они создают высокую напряженность магнитного поля на своих полюсах — до 0,15 Тесла, что в 3000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли.

Сплавы Alnico могут сохранять свои магнитные свойства при высоких рабочих температурах, вплоть до 800 градусов Цельсия. Фактически, они являются единственными магнитами, которые имеют магнетизм при нагревании раскаленным докрасна.

Эти магниты широко используются в бытовых и промышленных применениях: несколько примеров — это магнетронные трубки, датчики, микрофоны, электродвигатели, громкоговорители, электронные трубки, радары.

III) Редкоземельные магниты

Как следует из названия, редкоземельные магниты изготавливаются из сплавов редкоземельных элементов. Это самый сильный тип постоянных магнитов, разработанный в 1970-х годах. Их магнитное поле может легко превышать 1 Тесла.

Два типа редкоземельных магнитов — самарий-кобальтовые и неодимовые магниты. Оба уязвимы для коррозии и очень хрупкие. Таким образом, они покрыты определенным слоем (слоями), чтобы защитить их от сколов или поломок.

Самарий-кобальтовые магниты состоят из празеодима, церия, гадолиния, железа, меди и циркония. Они могут сохранять свои магнитные свойства при высоких температурах и обладают высокой устойчивостью к окислению.

Из-за их меньшей напряженности магнитного поля и высокой стоимости производства они используются реже, чем другие редкоземельные магниты. 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.

2. 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.

3. 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. Его также можно классифицировать как временный магнит, поскольку магнитное поле исчезает, как только ток отключается.

Полярность и напряженность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, можно регулировать, изменяя направление и величину тока, протекающего через провод. Это главное преимущество электромагнитов перед постоянными магнитами.

Для усиления магнитного поля катушка обычно наматывается на сердечник из «мягкого» ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь. Провод, свернутый в одну или несколько петель, называется соленоидом.

Эти типы магнитов широко используются в электрических и электромеханических устройствах, включая жесткие диски, громкоговорители, жесткие диски, трансформаторы, электрические звонки, МРТ-машины, ускорители частиц и различные научные приборы.

Электромагниты также используются в промышленности для захвата и перемещения тяжелых предметов, таких как металлолом и сталь.

Часто задаваемые вопросы

Из чего сделаны магниты?

Ферриты — это ферромагнитные соединения, полученные путем смешивания большого количества оксида железа с металлическими элементами, такими как марганец, барий, цинк и никель.

• Магниты AlNiCo содержат алюминий, никель и кобальт.
• Самарий-кобальтовые магниты изготавливаются из празеодима, церия, гадолиния, железа, меди и циркония.
• Неодимовый магнит, самый сильный тип редкоземельного магнита, изготавливается из сплавов неодима, бора и железа.
• Одномолекулярные магниты содержат кластеры марганца, никеля, железа, ванадия и кобальта.

Что такое природный магнит?

Природные магниты — это постоянные магниты, которые встречаются в природе естественным образом. В отличие от искусственных магнитов, они никогда не теряют своей магнитной силы при нормальных условиях.

Самый сильный природный магнит — магнитный камень, кусок минерального магнетита. Он черный или коричневато-черный и блестит при полировке. Кусочки магнитного камня фактически использовались в самых первых когда-либо созданных магнитных компасах.

Какой магнит самый сильный?

Самым сильным типом постоянного магнита, имеющегося в продаже, являются неодимовые (Nd) магниты. Они изготавливаются путем смешивания неодима, железа и бора с образованием тетрагональной кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B. Это соединение было впервые обнаружено компаниями General Motors и Sumitomo Special Metals (работавшими независимо друг от друга) в 1984 году.

Влияют ли магниты на человеческий мозг?

Да. Поскольку нейроны электрически заряжены, магнитное поле может вызвать протекание тока через нейроны. Это может изменить активность нейронов.

До сих пор нейробиологи использовали транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС) для улучшения времени реакции, памяти и некоторых других когнитивных способностей. Однако, несмотря на некоторые положительные результаты, долгосрочные эффекты не совсем понятны.

Могут ли магниты потерять свой магнетизм?

Да, даже постоянные магниты могут потерять свой магнетизм при определенных условиях. Например:

Избыточное нагревание: ферромагнитные материалы теряют свой магнетизм при нагревании выше определенной точки, называемой температурой Кюри. Неодимовые магниты демонстрируют лучшие магнитные характеристики до 150 ° C. Выше этой точки они теряют часть своих характеристик при повышении температуры на каждый градус.

Размагничивание: постоянные магниты можно размагнитить, подвергая их достаточно сильному магнитному полю противоположной полярности. Способность магнита противостоять внешнему магнитному полю, не размагничиваясь, называется коэрцитивной силой.

Удар: более старые материалы, такие как AlNiCo и магнитная сталь, имеют низкую коэрцитивную силу. Они подвержены размагничиванию, если через материал передается достаточная энергия посредством удара. Этот шок может быть вызван ударами молотка по материалу или его падением.

Магнитное поле

Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Без магнитного поля не функционировали бы герконы, электромагнитные реле, соленоиды, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, двигатели, динамики, генераторы электрической энергии да и вообще много чего.

Природа магнетизма

Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.

Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой — на ЮГ.

Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.

Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.

Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец — южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм «Южный парк», он же Сауз (South) парк).

Магнитные линии и магнитный поток

Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле.

Как вы могли заметить на рисунке, концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.

Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии — они замкнуты и непрерывны. В магните это будет выглядеть примерно так.

Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов

Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание

Итак, ниже важные свойства магнитных силовых линий.

• Магнитные линии не поддаются гравитации.
• Никогда не пересекаются между собой.
• Всегда образуют замкнутые петли.
• Имеют определенное направление с севера на юг.
• Чем больше концентрация силовых линий, тем сильнее магнитное поле.
• Слабая концентрация силовых линий указывает на слабое магнитное поле.

Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.

Итак, давайте рассмотрим два рисунка и ответим себе на вопрос, где плотность магнитного потока будет больше? На рисунке «а» или на рисунке «б»?

Видим, что на рисунке «а» мало силовых магнитных линий, а на рисунке «б» их концентрация намного больше. Отсюда можно сделать вывод, что плотность магнитного потока на рисунке «б» больше, чем на рисунке «а».

В физике формула магнитного потока записывается как

Ф — магнитный поток, Вебер

В — плотность магнитного потока, Тесла

а — угол между перпендикуляром n (чаще его зовут нормалью) и плоскостью S, в градусах

S — площадь, через которую проходит магнитный поток, м 2

Что же такое 1 Вебер? Один вебер — это магнитный поток, который создается полем индукцией 1 Тесла через площадку 1м 2 расположенной перпендикулярно направлению магнитного поля.

Напряженность магнитного поля

Формула напряженности

Слышали ли вы когда-нибудь такое выражение: «напряженность между ними все росла и росла». То есть по сути напряженность — это что-то невидимое, какая-то сдерживающая сила, энергия. Здесь почти все то же самое. Напряженностью магнитного поля также часто называют силой магнитного поля. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от плотности магнитного потока и выражается формулой

H — напряженность магнитного поля, Ампер/метр

B — плотность магнитного потока, Тесла

μ₀ — магнитная постоянная = 4π × 10 -7 Генри/метр или если написать по человечески 1,2566 × 10 -6 Генри/метр.

Эта формула работает только тогда, когда между витками катушки находится воздух, либо вакуум. Более крутая формула выглядит вот так.

μ — это относительная магнитная проницаемость.

У разных веществ она разная

Напряженность магнитного поля проводника с током

Итак, имеем какой-либо проводник, по которому течет электрический ток.

Для того, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на каком-то расстоянии от проводника при условии, что проводник находится в воздушном пространстве либо в вакууме, достаточно воспользоваться формулой

H — напряженность магнитного поля, Ампер/метр

I — сила тока, текущая через проводник, Ампер

r — расстояние до точки, в которой измеряется напряженность, метр

Магнитное поле проводника с током

Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.

Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.

Ввинчиваем по часовой стрелке — саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.

Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам — кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.

Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?

Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.

Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.

Соленоид

А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.

Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.

Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.

Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.

Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала — феррита.

Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС — электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог — МДС — магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.

I — это сила тока в катушке, Амперы

N — количество витков катушки, штуки)

Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.

Почему у магнита всегда есть два полюса

Хотя свойства магнита уже довольно давно известны человечеству, некоторые из них могут показаться довольно загадочными. О том, что магнит притягивает металлические предметы и имеет два полюса, знает почти каждый школьник.

Подковообразный магнит из альнико — сплава железа, алюминия, никеля и кобальта и стали. Магниты изготовляются в виде подковы для того, чтобы приблизить полюса друг к другу с целью создать сильное магнитное поле, с помощью которого можно поднимать большие куски железа.

Но вот на вопрос «Что будет, если поделить магнит на части и, главное, почему?» – затруднится ответить и взрослый человек. Однако ученые уже давно нашли ответ на данный вопрос.

Что такое магнит?
Магнитом является предмет, имеющий свое магнитное поле. Они бывают трех видов: постоянные, временные и электромагниты.

Последние имеют магнитное поле и свойства магнита только в момент протекания тока по ним. Временные становятся магнитами только под воздействием сильного магнитного поля. К постоянным магнитам относятся предметы, которые сохраняют остаточную намагниченность даже после отключения от внешнего магнитного поля, а также природные минералы – магнетиты.

По легенде, этот минерал так назвали в честь греческого пастуха Магнуса. Он обнаружил, что странный черный камень притягивает его сандалии с вбитыми в них металлическими гвоздями. Хотя возможно, что магнетит назвали так из-за города, в котором он был обнаружен – Магнезия.

Эрнест Борд (1877 1934) Уильям Гильберт демонстрирует магнит королеве Елизавете I в 1598 году.

Впервые магнит был подвергнут научным исследованиям в 13 веке французским физиком Петром Перегиным. Свои открытия он изложил в «Книге о магните», где рассказал о наличии двух полюсов и невозможности их разделить путем разламывания магнита.

Таким образом, еще в 1269 году было известно, что магнит нельзя разделить на два независимых полюса. Чем же это обусловлено?

Природа магнита
Чтобы понять, почему два полюса неизменно присутствуют в каждом магните, важно разобраться, почему один материал обладает магнитными свойствами, а другие – нет. Или почему один металл притягивается к магниту, а другой – нет.

Как известно, любой материал, прежде всего, состоит из атомов, вокруг ядер которых вращаются электроны. Вращаясь вокруг своей оси (спин), как волчки, электроны создают микроскопические магнитные поля вокруг себя. Таким образом, электрон – это своего рода микромагнит.

При этом электрон вращается и по орбите вокруг атома, создавая магнитное поле. Исходя из этого, каждый атом тоже обладает магнитными свойствами.

Но большинство материалов (стекло, резина) содержат атомы, магнитные поля которых направлены хаотично и потому они друг друга гасят. Такие предметы не обладают магнитными свойствами и притягиваться не могут.

Но атомы некоторых металлов объединены в группы, именующиеся доменами. В каждом из них магнитные поля атомов направлены строго в одну сторону. Таким образом, домен – это уменьшенная модель магнита со своими плюсами.

Рисунок линий силового поля магнита, полученный с помощью железных опилок.

Когда магнитного поля рядом с таким металлическим предметом нет, домены направлены в разные стороны и поэтому подавляют друг друга. Но если удается сориентировать их в одном направлении, то данный материал начинает «работать» как магнит.

Сами же природные магниты устроены так, что магнитные поля их атомов всегда находятся в упорядоченном состоянии. И все домены устремлены в одном направлении. Направление магнитного поля каждого домена – от севера к югу.

Таким образом, создается два полюса у большого магнита. И если разделить его на части, то маленькие магниты (домены) внутри него будут продолжать иметь все то же направление и все те же полюса.

Поэтому сколько ни дели магнит, он все равно будет состоять из маленьких магнитов, имеющих два полюса. То есть, микротоки внутри больших и малых частей магнита всегда сохраняют свое направление и после деления образуют новые магниты.

Похожие публикации:

1. Как с помощью схемы
2. Mci 100 что такое
3. Аттенюатор что это в рации
4. Где используются рассеивающие линзы