Может ли мощный магнит притянуть железо в нашей крови? вот говорят, подобное тянется к подобному, а как же тогда "противоположное притягивается" например магнит? Рассмотрим, почему кусок железа притягивается к магниту. Почему железо притягивается к магниту? Магнит может притягивать чаще всего такой металл как железо.
Часто задаваемые вопросы
- What Makes a Material Magnetic?
- ПОЧЕМУ МАГНИТ ПРИТЯГИВАЕТ ЖЕЛЕЗО
- Бестопливная миниэлектростанция на постоянных магнитах
- Почему магнит притягивает железо? — точный ответ!
- Подносим магнит к яблоку: ищем железо внутри
- Что такое магнитная сила?
Почему магниты имеют свойство притягиваться и отталкиваться? (03.06.2021 г.)
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. Хотя к тому времени концепция перехода электронов из зонного, проводящего состояния в локализованное уже возникла благодаря работам Мотта , предположение Мотта — Гуденафа находилось далеко за гранью существовавших тогда теоретических подходов. Оно соответствует введенным много позже так называемым орбитально-зависимым переходам металл — изолятор orbital-selective Mott transition. Разработанные позже в 1980-х годах методики расчета обменных взаимодействий в металлах на основе зонной теории позволили получить определенные теоретические указания на существование локализованных моментов в железе, но уже в самом методе этих расчетов был заложен, тем не менее, проводящий, зонный характер электронов. Точные даты его жизни неизвестны. Перегрин — автор первого экспериментального исследования и первого детального научного труда по магнетизму.
Уильям Гильберт William Gilbert , 1544—1603 — английский физик и придворный врач, исследователь электричества и магнетизма, автор первой теории магнитных явлений.
Магнит известен нам со школьной скамьи, когда на уроках физики демонстрировался предмет в виде подковы, который притягивал к своим полюсам металлические изделия. Наверняка, многие задавали вопрос, почему игрушки — магнитики притягиваются к металлической дверце холодильника, но не удерживаются на бетонных или деревянных поверхностях. Этому есть научное объяснение, в структуре черного минерала из класса оксидов происходит упорядоченное определенным образом электромагнитное взаимодействие электронов. Толчок взаимодействию дает бозон или фотон, поэтому материал проявляет свои магнитные свойства. Немного истории Происхождение слова «магнит» покрыто тайной. Ученые склоняются к версии названия, произошедшего от имени греческого пастуха Магнеса, пастух нашел минерал и был удивлен его свойствам. Другая неподтвержденная гипотеза: минерал назван так в честь региона Магнесия, находившегося в Малой Азии. В этом районе были открыты залежи магнетита.
Применение Магниты нашли широкое применение в разных областях деятельности человека. В строительстве используются магнитные фиксаторы или намагниченная вода.
Он проделал более 600 опытов в свободное от работы время. Уильям Гильберт 1544—1603 В 1600 году, уникальном в историческом смысле, вышел его труд «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле». В этой книге Гильберт не только привел практически все известные сведения о свойствах природных магнитов и намагниченного железа, но и описал собственные опыты, например с шаром из магнетита, с помощью которых он воспроизвел основные черты земного магнетизма. Он обнаружил, что на обоих магнитных полюсах такой «маленькой Земли» компасная стрелка устанавливается перпендикулярно ее поверхности, на экваторе — параллельно, а на средних широтах — в промежуточном положении рис. Расположение магнитной стрелки в разных частях Земли Тот магнитный полюс стрелки, который притягивается к географическому северному полюсу Земли, назвали северным.
Противоположные магнитные полюса притягиваются, поэтому, вблизи географического северного полюса находится магнитный южный полюс. Так Гильберт смоделировал магнитное наклонение, о существовании которого в Европе знали уже более полувека. Также Гильберт обнаружил, что сильно нагретое железо теряет магнитные свойства, но при охлаждении они восстанавливаются. И наконец, он первым провел четкую границу между притяжением магнетита и притяжением натертого янтаря, которое он назвал электрической силой от латинского названия янтаря electrum. Он развел «по углам» электричество и магнетизм. Несмотря на то что это был чрезвычайно новаторский труд, по достоинству оцененный и современниками, и потомками, после Гильберта наука о магнетизме вплоть до начала XIX века продвинулась очень мало. Когда будущий автор «Голого короля» и «Дюймовочки» четырнадцатилетним подростком добрался до Копенгагена, он обрел друга и покровителя в лице своего двойного тезки, ординарного профессора физики и химии Копенгагенского университета Ганса Христиана Эрстеда рис.
И оба прославили свою страну на весь мир. Ганс Христиан Эрстед 1777—1851 Многие ученые того периода находились под влиянием философских концепций Шеллинга, которые заключались в том, что все силы в природе возникают из одних и тех же источников. Поэтому Эрстед начиная с 1813 года вполне сознательно пытался установить связь между электричеством и магнетизмом. Это удалось сделать весной 1820 года, во время очередной лекции по электричеству.
Обычно, это слово применяют в двух значениях: Притягивается к магниту. Но так слабо, что в быту это не заметно. Чтобы заметить, как алюминий притягивается к магниту нужны очень точные лабораторные приборы. Все вещества в природе делятся на парамагнетики и диамагнетики. Диамагнетики всегда отталкиваются от ближайшего к ним полюса магнита. Это отталкивание очень слабое и фиксируется только лабораторными приборами.
Почему магнитится только железо, а алюминий-нет?
Парамагнетики намагничиваются вдоль направления внешнего магнитного поля. Поэтому алюминий тоже намагничивается и во внешнем магнитном поле становится очень слабым магнитом при комнатной температуре. Обнаружить этот эффект в быту невозможно, фиксируется в лаборатории. Если парамагнетик при комнатной температуре находится, например, в состоянии ферромагнетика например, железо , то намагничивание железа в магнитном поле можно увидеть в быту. Например, длинный железный гвоздь начинает притягивать к себе другие железные предметы, которых не может притянуть магнит, который намагнитил гвоздь. А если парамагнетик в состоянии ферромагнетика является еще и магнитом, то в сильном магнитном поле он может перемагнититься, то есть изменить направление своей намагниченности.
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». В этой связи следует отметить два обстоятельства.
Во-первых, в науке, как и в любом другом виде человеческой деятельности, мы не можем обойтись без твердой точки зрения. То, что представляется противоречащим нашей теории, при тщательной проверке может, наоборот, оказаться ее подтверждением или следствием…» «Второе, и самое важное, обстоятельство заключается в том, что научная гипотеза обычно отвергается только в том случае, когда становится очевидным, что другая гипотеза лучше согласуется как со всеми предыдущими наблюдениями, так и с новыми фактами. Таким образом, путь к настоящему познанию состоит не в том, чтобы избегать теорий и предвидения, а в том, чтобы систематически умножать их число. Это позволит нам иметь несколько различных точек зрения и предохранит нас от излишней уверенности в правоте какой-либо одной из них. Вот почему логические или математические методы в физике, химии, общей биологии и других теоретических науках столь плодотворно помогают нам открывать еще неизвестные факты». Как построить теорию?
Какую же теорию магнетизма хотели бы мы построить? Прежде всего нам нужна теория, способная объяснить результаты наших опытов и помочь лучше понять природу магнетизма, служа нам как бы справочником понятий и идей. В предыдущих разделах мы рассказали об общих свойствах магнитов, которые были получены в результате опытов и большинство которых известно уже несколько веков[74]. Мы едва ли могли бы создать полезную для себя теорию, не основываясь на фактах, почерпнутых из опыта. Конечно, можно было бы начать и с таких утверждений: «Магниты таковы, какие они есть. Что бы ни содержалось внутри магнитов, это как раз то, что необходимо, чтобы обеспечить им нужные свойства.
Чтобы ощутить притяжение, необходимо задействовать очень сильный магнит. Направление магнитного поля К ферромагнетикам относятся такие металлы, как железо, кобальт, никель, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий. Также аналогичными свойствами характеризуются некоторые металлические сплавы и соединения. Количество ферромагнетиков неметаллического происхождения не так велико или пока мало изучено. К ним относится, например, оксид хрома. Магнитной восприимчивостью характеризуются вещества преимущественно металлы , которые обладают определенной структурой.
Их называют ферромагнетиками — это вещества, у которых магнитные поля атомов складываются в одном направлении. Помимо железа, к ферромагнетикам относятся кобальт, никель, тербий, гадолиний, диспрозий, гольмий, эрбий. Также магнит притягивает некоторые сплавы и даже неметаллические вещества — например, оксид хрома. Какие металлы не магнитятся и почему? Любой ребенок знает, что металлы притягиваются к магнитам. Ведь они не раз вешали магнитики на металлическую дверцу холодильника или буквы с магнитиками на специальную доску.
Однако, если приложить ложку к магниту, притяжения не будет. Но ведь ложка тоже металлическая, почему тогда так происходит? Итак, давайте выясним, какие металлы не магнитятся. Научная точка зрения Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
Они непрерывно движутся, что создает магнитное поле. Магнитные поля электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть: Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра — орбитальные. Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси — спиновые. Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты — к парамагнетикам.
Если поля не скомпенсированы — к ферромагнетикам. Парамагнетики и ферромагнетики Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс. Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы.
Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит. Такие вещества называют парамагнитными. Ферромагнетики — небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.
Именно поэтому она используется в технике, приборостроении, и рудодобывающей промышленности. Например, если в эту жидкость поместить золотое кольцо, оно в ней утонет, и никакая сила не заставит всплыть это кольцо. Но, если снизу поднести достаточно сильный магнит, то вы увидите, как это кольцо медленно начнёт всплывать. Потому что на него в магнитном поле действует выталкивающая сила Архимеда. Этот эффект используется для создания так называемых магнитожидкостных сепараторов, которые в настоящее время используются практически на всех золотодобывающих приисках.
Еще одна область применения магнитной жидкости по мнению учёных из института механики МГУ — медицина. Так, они исследуют возможность лечения рака с помощью магнитной воды. Оказывается, если ввести магнитную жидкость внутрь опухоли, приложить высокочастотное магнитное поле — эта жидкость начинает разогреваться. И если нагреть опухоль до 43 градусов, то она погибает,- к таким выводам они пришли. При этом здоровые клетки остаются целыми и невредимыми. Помимо жидкости, по их мнению, в медицине возможно применение других магнитных материалов. Например, движетель из полимера, со встроенными внутрь кристаллами железа. Под действием магнитного поля он способен самостоятельно передвигаться внутри сосудов и служить переносчиком лекарств. Правда, пока только в теории.
У всех постоянных магнитов есть магнитное поле, а у электромагнитов — электромагнитное. Если есть электрический заряд, то вокруг есть электрическое поле. И все люди это чувствуют. Например, если расчесывать волосы синтетической расческой, то волосы электризуются и расческа. Можете проверить, если вы после расчесывания поднесете расчёску к мелким кускам бумаги, они будут притягиваться. То есть, вокруг зарядов, которые появляются вокруг расчески, существует поле. Вот точно так же вокруг любых магнитов существует магнитное поле, которое, в первую очередь, действует на другие магниты, которые есть вокруг него. Оно не возникает, оно существует всегда. Увидеть магнитное поле можно и с помощью железных опилок, достаточно высыпать их на лист бумаги, под которым расположен магнит.
Почему магнитится только железо, а алюминий-нет?
Как только ток прекращает своё движение, то и электромагнитное поле также пропадает. Это суть и условие возникновения магнитного поля. Из школьной физики известно, что любые окружающие нас вещи и предметы состоят из атомов и молекул достаточно мелких элементарных частиц. Эти самые элементарные частицы, в свою очередь, имеют следующее строение.
Внутри находится ядро состоящее из протонов и нейтронов ядро имеет плюсовой заряд , а вокруг этого ядра с огромной скоростью вращаются более мелкие частички, это электроны имеющие отрицательный заряд. Так вот, суть магнита заключается в следующем. Поскольку мы выяснили, что магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов, а электроны есть во всех атомах и молекулах, и они постоянно движутся, следовательно атомы и молекулы имеют вокруг себя магнитные поля они очень малы и по силе и по размерам.
В добавок стоит учесть, что различные вещества и предметы имеют различные магнитные свойства. У одних магнитные свойства выраженные очень сильно, а у других на столько слабо, что свидетельствует о полном отсутствии полей. Вот основа природы и сути магнита.
Но ведь даже те вещества, которые имеют большую интенсивность проявления магнитных полей это ферромагнетики, самым известным из которых является простое железо не всегда магнитят. Почему же так? Потому что существует эффект однонаправленности и хаотичности.
Поясню что это такое.
Также Гильберт обнаружил, что сильно нагретое железо теряет магнитные свойства, но при охлаждении они восстанавливаются. И наконец, он первым провел четкую границу между притяжением магнетита и притяжением натертого янтаря, которое он назвал электрической силой от латинского названия янтаря electrum. Он развел «по углам» электричество и магнетизм. Несмотря на то что это был чрезвычайно новаторский труд, по достоинству оцененный и современниками, и потомками, после Гильберта наука о магнетизме вплоть до начала XIX века продвинулась очень мало. Когда будущий автор «Голого короля» и «Дюймовочки» четырнадцатилетним подростком добрался до Копенгагена, он обрел друга и покровителя в лице своего двойного тезки, ординарного профессора физики и химии Копенгагенского университета Ганса Христиана Эрстеда рис. И оба прославили свою страну на весь мир. Ганс Христиан Эрстед 1777—1851 Многие ученые того периода находились под влиянием философских концепций Шеллинга, которые заключались в том, что все силы в природе возникают из одних и тех же источников. Поэтому Эрстед начиная с 1813 года вполне сознательно пытался установить связь между электричеством и магнетизмом.
Это удалось сделать весной 1820 года, во время очередной лекции по электричеству. Опыт Эрстеда, проведенный в 1820 г. Эрстед на лекции демонстрировал нагрев проволоки электричеством от вольтова столба, для чего составил электрическую цепь. На демонстрационном столе случайно находился морской компас, поверх стеклянной крышки которого проходил один из проводов. Вдруг кто-то из студентов присутствующих на лекции случайно заметил, что, когда Эрстед замкнул цепь, магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону. Начались исследования обнаруженного феномена. Для начала Эрстед повторил условия своего лекционного опыта. Опыты Эрстеда 1.
Выгодно заказывайте поисковые магниты Все, кто интересуются ценными находками, должны знать, что из себя представляет поисковый магнит и какие металлы он притягивает. Сердце поискового магнита — мощный редкоземельный магнит на основе сплава неодима-железа-бора. Он установлен в прочный стальной корпус с оцинкованным покрытием. Надежная защитная оболочка позволяет использовать изделие как в речной, так и в морской воде. Благодаря уникальным показателям усилия на отрыв поисковый магнит весом 2,3 кг позволяет поднять со дна водоема объекты массой до 300 кг. Готовый набор для магнитной рыбалки: поисковый магнит F120, веревка и сумка Какие металлы можно найти с помощью поискового магнита Как и другие постоянные магниты, неодимовый магнит притягивает только ферромагнетики.
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.
Почему Магнит притягивает железо
Рассмотрим, почему кусок железа притягивается к магниту. Это создает силы притяжения между магнитом и железом, что приводит к их притяжению друг к другу. Особенность железа в том, что в магнитном поле внешние электроны его атомов ориентируются определенным образом. – Серебро, золото, медь магнит не притягивает. Только сталь, железо, чугун. В то время как магниты сильно притягивают ферромагнитные металлы, они лишь слабо притягивают парамагнитные. Это объясняет, почему железо притягивается к магниту с большой силой.
Глава 34. Магнетизм. Опыт и теория
С помощью электричества, находившееся внутри железо начинало резко намагничиваться, из-за этого стали прилипать различные ключи, но стоило отключить разряд, и ключи сразу падали на пол. Исходя из происходящего физик из Франции Андре Ампер, разработал точное описание всего происходящего в этом эксперименте. Такой разброс стоимости объясняется улучшенными характеристиками коррозионностойкой нержавеющей стали по отношению к оцинкованному металлу. Читайте также: Калькулятор перевода литров моторного масла в кг Оцинкованная сталь Оцинкованная сталь производится методом покрытия листа из углеродистой стали тонким слоем цинка, который с течением времени до двух лет образует на поверхности прочную патину, стойкую к атмосферным воздействиям влаги и кислорода. Оцинковка обязательно должна «выстояться», чтобы продукты естественного окисления выветрились, а слой цинковой патины набрал прочность. Стальные листы с цинковым покрытием внешне отличаются от нержавейки — на их поверхности видны узоры кристаллизации цинка, напоминающие «белую ржавчину».
Оцинкованная сталь обладает следующими эксплуатационными характеристиками: срок службы — до 25 лет при слое цинкового покрытия толщиной 60 мкм; высокая способность выдерживать механические нагрузки вальцовкой, ковкой, сгибанием, вытяжкой, штамповкой; прочность к нагрузкам давления; устойчивость к перепадам температур; малая электропроводимость. Оцинковка неустойчива к воздействию кислот: с помощью соляной кислоты ее можно отличить от нержавейки. Цинковое покрытие активно вступает в химическую реакцию с кислотой, а нержавеющий металл, легированный хромом, не реагирует на кислую среду. Какие металлы не магнитятся? Какие металлы притягивает магнит?
Какие металлы притягиваются магнитом? Какие металлы не притягиваются магнитом? Есть разные группы химических веществ в том числе и металлов , которые отличаются суммарной векторной величиной магнитного момента атомов. Ядро атома состоит из нейтронов и протонов, которые имеют незначительный собственный магнитный момент, которым можно пренебречь. Основную величину магнитного момента составляют электроны, движущиеся вокруг ядра по замкнутой орбите.
Так вот этот магнитный момент определяет величину магнитной восприимчивости вещества. Диамагнетики из металлов это золото, цинк, медь, висмут и другие — имеют отрицательную магнитную восприимчивость. Они не намагничиваются в магнитном поле. Парамагнетики алюминий, магний, платина, хром и другие — имеют положительную, но малую магнитную восприимчивость. Стержни из таких металлов будут ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля, только если это поле будет очень сильным.
Ферромагнетики железо, никель, кобальт, некоторые редкоземельные металлы и множество разных сплавов — класс веществ с самой сильной магнитной восприимчивостью. Хорошо намагничиваются во внешнем магнитном поле и притягиваются к источнику поля. Более научно и подробно можно почитать, например, здесь. Источник: www. Приходится применять следующие виды испытаний: На механическую прочность в исходном состоянии.
Большинство сортов нержавейки имеют предел прочности на разрыв не менее 450 МПа.
Получить такое вознаграждение не так просто, поскольку, в отличие от традиционного цветмета, некоторые типы нержавейки сохраняют магнетические свойства. Например, ферритные и мартенситные нержавеющие стали сохраняют магнитные свойства. Аустенитная нержавейка, напротив, никак не проявляет ферромагнитных свойств. Визуально отличить их не представляется возможным, поэтому сдатчику приходится учитывать происхождение лома. Например, если речь идет о деталях, которые работали при повышенной влажности в условиях химически агрессивных сред, то, скорее всего, они сделаны из нержавейки, даже если металл магнитится. Бронза Наиболее ценной на вторичном рынке считается двухкомпонентная оловянистая бронза, которая состоит из олова и меди, она никак не проявляет магнитных свойств. Более дешевый аналог — безоловянная бронза, в которой в качестве замены олова выступает алюминий и другие легирующие металлы. Такой сплав имеет обозначение БрАЖ, наличие в сплаве железа придает способность примагничиваться. Сила притяжения зависит от соотношения основных компонентов в сплаве.
Лучше всего магнитится бронза марки БрАЖН -10-4-4. Наличие в них железа и никеля обеспечивает притяжение магнитом. Сила притяжения не такая, как в случае с углеродистой сталью, чтобы почувствовать притяжение потребуется неодимовый магнит. Чтобы не ошибиться с идентификацией сплава при сдаче лома, помимо магнита, нужно использовать и другие способы определения металла.
Для того, чтобы ферромагнетик магнитился к магниту, достаточно, чтобы у магнита было ЛЮБОЕ магнитное поле, даже однородное. А парамагнетики в поле магнита практически не магнитятся. Чуть-чуть, очень слабо магнитятся по сравнению с ферромагнетиками. Поэтому во внешнем магнитном поле другого магнита парамагнетик временно не становится магнитом. Например, парамагнетик не реагирует на однородное магнитное поле.
А вот украшения из чистого цветного металла к магниту не притянутся. Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия. Август 2021. Магниты — это материалы, которые создают магнитные поля, которые привлекают определенные металлы. У каждого магнита есть северный и южный полюс. Обратные полюса привлекают, в то время как полюса отталкиваются. В то время как большинство магнитов изготовлены из металлов и металлических сплавов, ученые разработали способы создания магнитов из композиционных материалов, таких как магнитные полимеры. Что создает магнетизм? Магнетизм в металлах создается неравномерным распределением электронов в атомах некоторых металлических элементов. Неравномерное вращение и движение, вызванные этим неравномерным распределением электронов, сдвигают заряд внутри атома назад и вперед, создавая магнитные диполи. Когда магнитные диполи выравниваются, они создают магнитный домен, локализованную магнитную область с северным и южным полюсами. В немагнитных материалах магнитные домены сталкиваются в разных направлениях, отменяя друг друга. В то время как в намагниченных материалах большинство этих доменов выровнены, указывая в том же направлении, что создает магнитное поле. Чем больше областей, которые выравнивают друг друга, тем сильнее магнитная сила. Типы магнитов: Постоянные магниты также известные как жесткие магниты — это те, которые постоянно производят магнитное поле. Это магнитное поле вызвано ферромагнетизмом и является самой сильной формой магнетизма. Временные магниты также известные как мягкие магниты являются магнитными только при наличии магнитного поля. Электромагниты требуют, чтобы электрический ток проходил через их провода катушки, чтобы создать магнитное поле. Развитие магнитов: Греческие, индийские и китайские писатели задокументировали базовые знания о магнетизме более 2000 лет назад. Большая часть этого понимания была основана на наблюдении за влиянием магния естественного магнитного минерала железа на железо. Ранние исследования магнетизма были проведены еще в XVI веке, однако развитие современных высокопрочных магнитов происходило не раньше 20-го века. До 1940 года постоянные магниты использовались только в базовых приложениях, таких как компасы и электрические генераторы, называемые магнитосами. Разработка магнитов из алюминия и никеля-кобальта Alnico позволила постоянным магнитам заменить электромагниты в двигателях, генераторах и громкоговорителях. Создание магнитов самария-кобальта SmCo в 1970-х годах создало магниты с вдвое большей магнитной плотностью энергии, чем любой ранее доступный магнит. Меньше более мощные магниты способствовали развитию многих известных нам электронных устройств. К началу 1980-х годов дальнейшие исследования магнитных свойств редкоземельных элементов привели к открытию магнитов неодима и железа-бора NdFeB. Магниты из редкой земли теперь используются во всем: от наручных часов и iPad до гибридных двигателей автомобилей и ветрогенераторов. Магнетизм и температура: Металлы и другие материалы имеют разные магнитные фазы, в зависимости от температуры окружающей среды, в которой они расположены. В результате металл может проявлять более одной формы магнетизма. Температура, при которой металл теряет магнитную силу, называется ее температурой Кюри. Железо, кобальт и никель — единственные элементы, которые в металлической форме имеют температуры Кюри выше комнатной температуры. Таким образом, все магнитные материалы должны содержать один из этих элементов. Общие ферромагнитные металлы и их температуры кюри: Вещество.
ПОЧЕМУ МАГНИТ ПРИТЯГИВАЕТ ЖЕЛЕЗО
это материалы, которые генерируют поле, которое притягивает или отталкивает некоторые другие материалы (например, железо и никель) с определенного расстояния. Корабли не разваливались, но магнит притягивает железо. После эксперимента с лягушкой стало ясно, что магнит способен притягивать все, но почему сильнее всего он притягивает железо? Почему магнит притягивает? Любой магнит, любого размера, даже самый маленький имеет северный и южный полюса. Лучше всего к магнитам притягиваются.
Неодимовый магнит – суперсильный и суперполезный
А правда, почему кусок железа или ферромагнетика притягивается к магниту? притягивать, «любить» железо. Неодимовый магнит (точнее неодим-железо-бор) является сильнейшим постоянным магнитом в мире. Таким образом, магниты притягивают только железо из-за взаимодействия их магнитного поля с магнитными моментами электронов в атомах железа. Корабли не разваливались, но магнит притягивает железо.
Почему Магнит притягивает железо
Их намагничивают в специально созданном сильном магнитном поле. После воздействия такого поля на металл он еще долгое время сохраняет значительную намагниченность и имеет свое магнитное поле. Искусственные магниты можно сделать любой формы и размеров. Примечание 1 Интересный факт: наша планета Земля представляет собой огромный магнит.
Представить ее себе тем более трудно, поскольку само по себе наблюдать непосредственно его нам нельзя - нам остается лишь довольствоваться тем, что мы наблюдаем за телами на которые то или иное поле влияет. В свое время, физика была разделена на два лагеря - сторонников гипотез дальнодействия и близкодействия. Первые вообще отвергали понятие поля и считали, что тела влияют друг на друга через пустоту, мгновенно с бесконечной скоростью.
Вторые же не соглашались, настаивали на том, что между объектами должен быть некоторый агент, переносчик этого взаимодействия, коим физические поля и являются.
Проводник соединим через ключ с источником постоянного тока. Пока цепь разомкнута и в проводнике нет тока, стрелки не реагируют на присутствие провода. При замыкании цепи стрелки стремятся развернуться таким образом, чтобы быть ориентированными по касательной к окружности, центром которой является проводник рис.
Опыт Эрстеда Изменим полярность подключения провода. При смене направления тока в проводнике мы увидим, что стрелки опять стремятся развернуться таким образом, чтобы быть ориентированными по касательной к окружности, центром которой является проводник, но при этом их полюса меняются местами. Далее Эрстед проверяет действие проводников из различных металлов на стрелку. Для этого берутся проволоки из платины, золота, серебра, латуни, свинца, железа.
Оказывается, что металлы, которые никогда не обнаруживали магнитных свойств, приобретают их, когда через них протекает электрический ток. Когда Эрстед ставил провод вертикально, то магнитная стрелка совсем не указывала на него, а располагалась как бы по касательной к окружности, центром которой является проводник. При этом стрелки, которые находились в диаметрально противоположных точках окружности, были ориентированы противоположно друг другу рис. Магнитное поле проводника с током Это натолкнуло Эрстеда на идею о том, что действие проводника с током на магнитные стрелки носит вихревой характер, так как именно вихрям свойственно действовать в противоположных направлениях на двух концах одного диаметра.
Из опытов Эрстеда вытекают следующие выводы: Электричество и магнетизм тесно связаны друг с другом. Электрический ток оказывает магнитное действие. Вокруг проводника с током возникают магнитные силы, или, говоря современным языком, возникает магнитное поле. Магнитное поле вокруг проводника с током носит вихревой характер.
Опыт Эрстеда доказывал не только связь между электричеством и магнетизмом.
Обсудить Редактировать статью Магниты кажутся чем-то волшебным - они могут поднимать железные предметы, не касаясь их! Но на самом деле это обычное физическое явление. 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.
Магнетизм железа и никеля — на Земле и внутри Земли
Неодимовый магнит (точнее неодим-железо-бор) является сильнейшим постоянным магнитом в мире. Основная причина, почему железо притягивается к магниту, заключается в его атомной структуре. это материалы, которые генерируют поле, которое притягивает или отталкивает некоторые другие материалы (например, железо и никель) с определенного расстояния.