Но как магнит притягивает железо? Кусок (немагнитного) железа не имеет магнитного поля, а два куска железа не притягиваются друг к другу, так как же магнит? это явление, при котором магнит притягивает к себе предметы, содержащие железо. Причина, по которой магнит притягивает железо, связана с его ферромагнетизмом, который также называют сильным магнетизмом.
Глава 34. Магнетизм. Опыт и теория
Основные сведения о постоянных магнитах — описание свойств Какие тела называют постоянными магнитами Определение 1 Постоянный магнит — это твердый предмет, который способен долгое время сохранять состояние намагниченности и имеет собственное магнитное поле. Постоянные магниты могут быть как естественного, так и искусственного происхождения. Ярким примером естественного магнита в природе является минерал магнетит. Искусственные магниты изготавливаются из различных металлов и сплавов железо, сталь, кобальт и т.
Так Гильберт смоделировал магнитное наклонение, о существовании которого в Европе знали уже более полувека. Также Гильберт обнаружил, что сильно нагретое железо теряет магнитные свойства, но при охлаждении они восстанавливаются. И наконец, он первым провел четкую границу между притяжением магнетита и притяжением натертого янтаря, которое он назвал электрической силой от латинского названия янтаря electrum. Он развел «по углам» электричество и магнетизм. Несмотря на то что это был чрезвычайно новаторский труд, по достоинству оцененный и современниками, и потомками, после Гильберта наука о магнетизме вплоть до начала XIX века продвинулась очень мало.
Когда будущий автор «Голого короля» и «Дюймовочки» четырнадцатилетним подростком добрался до Копенгагена, он обрел друга и покровителя в лице своего двойного тезки, ординарного профессора физики и химии Копенгагенского университета Ганса Христиана Эрстеда рис. И оба прославили свою страну на весь мир. Ганс Христиан Эрстед 1777—1851 Многие ученые того периода находились под влиянием философских концепций Шеллинга, которые заключались в том, что все силы в природе возникают из одних и тех же источников. Поэтому Эрстед начиная с 1813 года вполне сознательно пытался установить связь между электричеством и магнетизмом. Это удалось сделать весной 1820 года, во время очередной лекции по электричеству.
Опыт Эрстеда, проведенный в 1820 г. Эрстед на лекции демонстрировал нагрев проволоки электричеством от вольтова столба, для чего составил электрическую цепь. На демонстрационном столе случайно находился морской компас, поверх стеклянной крышки которого проходил один из проводов. Вдруг кто-то из студентов присутствующих на лекции случайно заметил, что, когда Эрстед замкнул цепь, магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону. Начались исследования обнаруженного феномена.
Для начала Эрстед повторил условия своего лекционного опыта.
Вторая черта — наличие полюсов. Чтобы их проверить, достаточно начать приближать один магнит к другому. Притяжение произойдет между разными полюсами южный и северный. Одноименные полюса при этом отталкиваются.
Немного о магнитном поле Магнитное поле появляется благодаря электронам, они двигаются вокруг атома, неся отрицательный заряд. Постоянное перемещение производит электрический ток. Движение тока производит магнитное поле, сила которого напрямую зависит от силы тока. Учитывая всю информацию выше, получаем полную связь между электричеством и магнетизмом, которые представляют такое понятие, как электромагнетизм.
Линии магнитного поля проходят в виде окружностей или эллипсов от одного полюса к другому, поэтому притягивающая сила будет менять величину и направление, если двигать кусок металла вдоль поверхности магнита.
Если насыпать на лист бумаги, положенный на магнит, железные опилки, то они выстроятся вдоль линий магнитного поля, которое этот магнит создаёт. Поделитесь новостью с друзьями:.
Почти понятно о магнетизме… тайная сила камня магнита
Почему постоянный магнит притягивает железо? У железа и похожих на него металлов есть особенная черта — связь между соседними атомами такова, что они чувствуют магнитное поле скоординированно. это явление, при котором магнит притягивает к себе предметы, содержащие железо. Постоянный магнит как будто притягивается к листу и скользит заметно медленнее чем, например, по деревянной поверхности.
Какие металлы притягивает поисковый магнит?
Неодимовые магниты содержат железо, а это значит, что они подвержены коррозии. Даже элементарная влага из воздуха способна привести со временем к появлению ржавчины, ослаблению мощности, разрушению. Это создает силы притяжения между магнитом и железом, что приводит к их притяжению друг к другу. Почему тогда магнит не все притягивает? Корабли не разваливались, но магнит притягивает железо. В то время как магниты сильно притягивают ферромагнитные металлы, они лишь слабо притягивают парамагнитные.
как Поле действует на объект? например магнит притягивает железо почему это происходит
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. Вся современная материалистическая физика основывается на теории близкодействия.
Вот почему веревка скрепок будет свисать с конца магнита. Чем сильнее магнит, тем больше сила магнетизма и тем длиннее может быть веревка скрепок. Чаще всего для изготовления постоянных магнитов используются железо, никель, кобальт и некоторые сплавы редкоземельных металлов.
Как магниты притягиваются друг к другу Каждый магнит, который попадается нам в жизни, обладает рядом характерных черт. Главной особенностью является способность притягиваться к предметам из металла или стали. Второе качество заключается в наличии полюсов. Проверка полюсов достигается за сет приближения одного магнита к другому. Притягиваются противоположные полюса юг и север. Идентичные полюса отталкиваются друг от друга.
Магнитное поле Электроны, двигаясь вокруг атома, создают магнитное поле, при этом неся отрицательный заряд. При постоянном перемещении производится электрический ток. Магнитное поле появляется за счет движения тока, сила тока влияет на силу магнитного поля. С учетом данной информации можно сделать вывод о наличии связи между магнетизмом и электричеством. В совокупности данное явление называется электромагнетизм. Движение электронов вокруг ядра не единственная причина появления магнитного поля.
Не в меньшей степени на него влияет движение атомов вокруг своей оси. Отдельные материалы обладают магнитным полем, в котором атомы подавляют друг друга, осуществляя хаотичное движение. Предметы из металла обладают упорядоченными группами атомов, ориентированных в определенную сторону. Благодаря способности направлять атомы в заданном направлении и складывать магнитные поля, предметы из металла способны намагничиваться. Каким образом магниты притягиваются и отталкиваются Как притягиваются магниты? Между магнитами, поднесенными друг к другу, возникает сила.
Притяжение или отталкивание магнитов ощущается не только при непосредственном контакте. Взаимодействие присутствует даже без соприкосновения. Магниты будут отталкиваться, если поднести друг к другу их северные полюса. При контакте южных полюсов будет наблюдаться аналогичная картина. Однако, между магнитами возникнет притяжение, если к северному полюсу поднести южный. Данный принцип работает аналогично электрическим зарядам.
При этом полюса магнитов и электрические заряды представляют собой разные явления. 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.
Каждый электрон имеет магнитный момент, то есть свой собственный магнитный полюс. Обычно эти магнитные полюса электронов направлены случайным образом, что делает железо немагнитным. Однако, когда магнит подносится к железу, его магнитное поле начинает взаимодействовать с магнитными полюсами электронов в железе.
Под действием магнитного поля, электроны начинают ориентироваться вдоль линий магнитного поля, стараясь минимизировать свои энергетические потери. В результате, большинство электронов в железе ориентируются таким образом, чтобы их магнитные полюса совпадали с направлением магнитного поля магнита. Такое выстраивание магнитных полюсов электронов приводит к созданию областей, называемых магнитными доменами. Каждый магнитный домен состоит из множества электронов, у которых магнитные полюса совпадают между собой.
Внутри каждого магнитного домена электроны генерируют свое магнитное поле, которое может быть слабее или сильнее магнитного поля магнита. Когда магнит подносится к железу, его магнитное поле начинает действовать на магнитные домены внутри железа. Магнитное поле магнита ориентирует магнитные домены таким образом, чтобы их магнитные полюса совпадали с его полярностью. Это приводит к наложению магнитных полей магнита и магнитных доменов в железе.
Если магнитное поле магнита и магнитные полюса электронов внутри магнитного домена совпадают, то происходит усиление магнитного поля в этой области железа. В результате, возникает сила притяжения между магнитом и железом.
Внутри материала, такого как железо, есть множество микроскопических областей, называемых магнитными доменами. Каждый домен имеет магнитный момент, который может быть ориентирован в одном из двух направлений: вверх или вниз. Когда магнит не подвергается воздействию внешнего магнитного поля, домены ориентированы хаотично и магнитный момент всех доменов взаимно уничтожается, что делает материал немагнитным. Однако, когда магнит подносится к железу, его магнитное поле начинает воздействовать на домены, выстраивая их вдоль силовых линий магнитного поля магнита.
Это приводит к тому, что магнитные моменты доменов начинают суммироваться и создают сильное магнитное поле в железе. Это привлекает магнит к железу и создает притяжение. Однако, важно отметить, что магнитная притяжение между магнитом и железом не является единственным видом притяжения, который может быть наблюдаемым. Магнитное притяжение также может возникать между магнитом и другими магнитными материалами, такими как никель или кобальт. Это объясняется тем, что эти материалы также содержат свободные электроны и магнитные домены, которые могут ориентироваться в магнитном поле и создавать притягивающую силу. Таким образом, притяжение магнита к железу вызвано взаимодействием магнитного поля магнита с свободными электронами и магнитными доменами внутри железа.
Когда магнитное поле магнита воздействует на железо, свободные электроны в железе начинают двигаться и ориентироваться вдоль магнитного поля, создавая магнитизацию в железе и притягивая его к магниту. Это явление можно объяснить еще более подробно. Внутри атомов железа находятся электроны, которые обращаются вокруг ядра.
Почему магнит притягивает железо
Стрелка всегда отклонялась, с какой бы стороны он не подошел. Продолжать многократные эксперименты с магнитом стал физик из Франции Доминик Франсуа Араго, взяв за основу трубку из стекла, перемотанную металлической нитью, посередине этого предмета он установил железный стержень. 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. Касание конца магнита к металлическим скрепкам приводит к возникновению у каждой скрепки северного и южного полюса. Магнитный эффект Сегодня очевидно, что дело не в чудесах, а в более чем уникальной характеристике внутреннего устройства электронных схем, которые образуют магниты. Электрон, который постоянно вращается вокруг атома, образует то самое магнитное поле. Микроатомы обладают магнитным эффектом и состоят в полном равновесии, но магниты своим притяжением влияют на некоторые виды металлов, таких как: железо, никель, кобальт. Эти металлы еще называют ферромагнетиками.
В непосредственной близости с магнитом атомы сразу начинают перестраиваться и образовывать магнитные полюса. Атомные магнитные поля существуют в упорядоченной системе, их называют еще доменами. В этой характерной системе находятся два полюса противоположные друг другу — северный и южный. Применение Северный полюс магнита притягивает к себе южный, но два одинаковых полюса сразу же отталкивают друг друга. Современная жизнь без магнитных элементов невозможна, ведь они находятся практически во всех технических приборах, это и компьютеры, и телевизоры, и микрофоны, и многое другое. В медицине широко применяется магнит в обследованиях внутренних органов, при магнитных терапиях. Следите за новостями! В материале использованы фото и выдержки из: 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. 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. 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 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. 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 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.
Способность электронов формировать плоскую кристаллическую решётку подтверждена и опытами, где электроны парили над жидким гелием [ 13 ]. Физик-спектроскопист Р.
Вуд тоже изучал подобные эффекты самоорганизации электронов в атоме на примере магнитных шариков, плавающих в ртути и образующих в поле центрального магнита правильные фигуры. При выводе шариков из равновесия они колебались в магнитном поле каждый со своей стандартной частотой. Этим магнитная модель атома Ритца объясняет стандартные спектры атомов [ 10 ]. Такую самоорганизацию можно наблюдать и в наборе неодимовых магнитных шариков, порой спонтанно слипающихся в кристально чёткие объёмные структуры. Самосборка стандартных упорядоченных систем в поле центрального магнита видна и в магнитной жидкости, и в порошке из железных опилок, которые собираются в периодичные выступы, холмики, образующие сотовую структуру и вытянутые вдоль силовых линий магнита рис. Наблюдают такие системы и в сверхпроводниках, на срезах которых магнитный порошок образует сотовую структуру абрикосовские вихри.
Да и цилиндрические магнитные домены формируют сотовую структуру [ 13 ]. Все эти явления спонтанной организации магнитных частиц в правильные структуры объяснимы классически и легко моделируются на ЭВМ как результат взаимодействия магнитных частиц друг с другом и с внешним полем. Но и их хотят свести к квантовым. Яркий пример — "квантовые вихри" в виде упорядоченных скоплений из атомов щелочных металлов например, рубидия , подвешенных в магнитном поле при сверхнизких температурах и образующих периодичные сгущения рис. На деле квантовая теория тут ни при чём: видна простая самоорганизация магнитных частиц атомов со стандартным магнитным моментом во внешнем магнитном поле, давно открытая Майером и легко воспроизводимая в магнитной жидкости и в порошке из магнитных опилок. А "квантовые маги" объясняют эти периодичные сгущения атомов бозе-эйнштейновской конденсацией с интерференцией атомных волн Де Бройля.
Интерференцию будто бы подтверждает то, что от набегания одного облака атомов на другое в месте их пересечения видны полосы, типа интерференционных. Реально же виден обычный муаров узор, возникающий при наложении двух сеток. Так и два облака атомов рубидия, формирующих в магнитном поле периодичные сетки тёмных узлов, образуют при наложении муаров узор, без следов интерференции. Выходит, квантовые краснобаи выдают желаемое за действительное, видя в обычных явлениях природы сверхъестественные. Взаимодействие магнитных частиц формирует не только правильные плоские структуры, но и чёткие пространственные комплексы, как показывает пример магнита, вытягивающий из магнитной жидкости пирамидальные игольчатые структуры, или симметрично обрастающий с двух сторон бородами магнитных опилок, а также пример объёмных фигур из магнитных шариков. Сходно формируется бипирамидальный каркас атома, образованный из магнитных частиц электронов и позитронов, рис.
Рассуждая формально, по теореме Ирншоу обычно считают, что конструкции из зарядов и магнитов нестабильны. Но при этом, как отмечал Томсон [ 11 ], не учитывают отклонений от закона Кулона на малых масштабах и осевое вращение электронов, придающее устойчивость магнитным системам [ 18 ]. Именно так атом и его пирамидальный атомный каркас приобретает стабильность без помощи квантовых законов. Ну а сами атомы, как недавно открыто, в процессе самосборки спонтанно организуются в пирамидальные наночастицы. Приобретение такими микрокристаллами пирамидальной и часто многоступенчатой формы в виде пагод как у кристаллов висмута или золота , может быть связано не только с периодичным размещением атомов в кристалле, но отчасти и с формой самих атомов, обладающих многоуровневой пирамидальной структурой. Подобные кристаллы, сотовые и бипирамидальные структуры формируют и оптические солитоны — уединённые волны, взаимодействующие как магнитные частицы и вихри.
Так что и без квантовых гипотез спонтанная организация электронов объясняет структуру электронных слоёв и спектров атомов по магнитной модели Ритца. Бипирамидальный каркас атома выделяет и элементы-ферромагнетики рис. Именно среди них и их соединений открыты яркие ферромагнетики и антиферромагнетики. Даже графит C и твёрдый кислород O в некоторых состояниях оказались ферро- и антиферромагнитными, вопреки квантовой теории, но в согласии с прогнозом классической модели атома [ 10 ]. А соединение азота N с железом Fe оказалось самым сильным ферромагнетиком, превысив предел магнетизма из квантовой теории. В то же время переходные элементы нечётных периодов таблицы Менделеева например, платиновые металлы , у которых ожидался ферромагнетизм [ 12 ], лишены его.
Почему же ферромагнетизм присущ лишь немногим элементам? Всё дело в строении атомов: яркими магнитными свойствами обладают атомы с асимметричным строением, в которых магнитные моменты электронов не скомпенсированы. В пирамидальной модели атома такой асимметрией обладают как раз атомы чётных периодов таблицы, а в атомах нечётных периодов заполняются слои, зеркально симметричные предыдущим, и магнитные моменты электронов этих слоёв нейтрализуют друг друга, ориентируясь встречно. Такая встречная ориентация электронов, расположенных друг против друга, обусловлена не мистическими обменными силами, а ориентацией магнитных осей электронов вдоль магнитных силовых линий соседних электронов, отчего их магнитные моменты компенсируются. Это видно на примере двух стрелок компаса: если компасы расположить рядом, то их стрелки установятся навстречу друг другу, создав в сумме лишь слабое магнитное поле как в антиферромагнетике, рис. Но одна стрелка или две стрелки, разнесённые далеко, ориентируются вдоль внешнего поля и создают заметное магнитное поле.
Так и в атомах ферромагнетиков разнесённые электроны во внешнем поле или в поле соседних атомов ориентируются сонаправленно, усиливая внешнее поле тем заметней, чем их больше. Оттого у элементов начала чётных периодов, где электроны начинают заполнять новый слой, магнитные свойства ещё слабы. Но, после заполнения электронами примерно половины периметра слоя, их общее магнитное поле уже достаточно для появления доменов, спонтанной намагниченности. Последующее заполнение периметра и рост числа электронов усиливает магнитные свойства: ферромагнетизм веществ нарастает. Но дальнейшее заполнение периметра делает слой всё более симметричным, и магнитные моменты уже отчасти компенсируются. Особенно это заметно при замыкании периметра и дальнейшем заполнении слоя электронами по сужающейся спирали, когда рядом с одними электронами становятся другие, нейтрализующие их магнитные моменты.
Оттого яркими магнитными свойствами обладают лишь элементы полупериметра чётных слоёв-периодов с их выраженной асимметрией рис. То же верно для ядер и элементарных частиц: у нейтральных идеально симметричных частиц магнитные моменты нулевые, а заряженные или асимметричные частицы обладают магнитным моментом. Так, нейтрон и протон, имея чуть асимметричную форму, обретают магнитный момент от несбалансированных моментов образующих их электронов и позитронов. Правда, соседние электроны и позитроны стремятся развернуться противоположно друг другу, как в антиферромагнетике, отчего их магнитное поле невелико — много меньше момента электрона. А идеально симметричные пи-мезон и эта-мезон, где моменты частиц точно скомпенсированы, вообще лишены магнитного момента. Так и ферромагнетизм, и антиферромагнетизм явно зависят от симметрии атома и кристаллической решётки.
Эту важную роль симметрии вскрыл уже Пьер Кюри, выдающийся исследователь магнетизма и кристаллов. Не исключено, что формирование магнитным полем объёмных структур из магнитных шариков, порошков и жидкостей позволит сконструировать машины и роботы рис. Части такой машины могут даже отделяться, дистанционно удерживаясь магнитным полем. Такой электромагнитный подвес [ 18 ] уже применяют в технике в транспорте на магнитной подушке, в подшипниках конструкции Г. Николаева и т. Более совершенный магнитный подвес поможет сконструировать теория Ритца, предсказывающая подъёмную силу у раскрученных дисков рис.
Эффект был реально открыт Шарлем и Серлом ещё в 1950-х гг. Козыревым и другими физиками, повторявшими опыт в разных вариациях. Но поскольку квантовая физика не могла объяснить эффект, его отрицали и замалчивали. А теория Ритца легко объясняет эффект. Ведь поток реонов, отбрасываемый диском, создаёт подъёмную силу и уносит импульс, оказывая давление, подобно давлению тока воздуха от вертолёта, прижимающего траву к земле. То есть раскрученный диск окажет дистанционное отталкивающее воздействие на предметы, помещённые под или над ним.
Такой эффект давно открыт Е. Подклетновым [ 18 , 20 ], но отрицается кванторелятивистами включая Гинзбурга , не сумевшими его объяснить. Эффект позволит построить летающий транспорт и генераторы силового поля, которые послужат для броневой защиты военной или космической техники, и для мягкого удержания тел космонавтов при полётах с гигантским ускорением. Лишь мягкое удержание космонавта на весу, придающее одинаковое ускорение всем его органам, позволит избежать повреждений при перегрузках. Не зря многие считают, что именно раскрученные диски — основа инопланетных космических кораблей и тарелок-НЛО.
В 1269 году была написана «Книга о магните» Петра Перегрина, а в 1600 году Уильям Гильберт написал трактат «О магните», описывающий основные свойства магнитов и анализирующий магнетизм Земли. Сегодня железо, включая его магнитные свойства, находит множество самых разных технологических применений.
Железо — не единственное магнитное вещество, можно отметить никель и кобальт, заинтересовавшие человечество много позже и также широко использующиеся в настоящее время. Несмотря на столь долгий срок изучения магнетизма, это явление по-прежнему порождает новые вопросы. В быту мы ощущаем магнетизм как притяжение или отталкивание между телами. В физике же под магнетизмом понимается способность тела сохранять остаточную намагниченность то есть свое собственное магнитное поле в отсутствие магнитного поля внешнего. А уже это собственное поле может воздействовать на другие магнитные тела. Две концепции магнетизма Общим свойством большинства магнитных веществ является то, что их магнетизм обусловлен атомами так называемых переходных металлов, содержащих d -электроны индекс d относится к определенному виду симметрии электронных состояний атома. Переходные металлы — это не только железо, кобальт и никель, их несколько десятков.
Локализованная вверху внизу картины ферромагнетизма С появлением понятия спина электрона и соответствующего ему магнитного момента были предложены две различные квантово-механические картины магнетизма — локализованная и зонная. Локализованная картина, сформулированная Гейзенбергом, предполагала, что электроны в кристалле не перескакивают с одного атома на соседний, однако между электронами с соседних атомов есть обменное взаимодействие. Это сугубо квантовый эффект, обусловленный разницей энергий параллельного и антипараллельного упорядочения спинов. Зонная картина Стонера, напротив, подразумевала возможность движения электронов, а их взаимодействие в основном осуществлялось в пределах одного атома. На первый взгляд, зонная картина выглядела более применимой к переходным металлам. Но некоторые явления она объяснить не могла, например, закон Кюри — Вейсса, описывающий линейную зависимость обратной восприимчивости от температуры восприимчивость — это отклик системы на слабое внешнее магнитное поле. В то же время было совершенно не очевидно, почему картина локализованных электронов, которая, как казалось, не может быть применима к переходным металлам в частности, к железу , гораздо лучше описывает эксперимент.
Вы затратили работу чтобы его поднять к крепежу - эта работа исчезающе мизерна по сравнению с той которую он совершит поднимая десятилетиями железки. Если бы вы удалили железку от магнита а потом он бы ее притянул - тогда было бы понятно как с пружиной. Вы затратили энергию и получили ее обратно. Вы убрали от магнита железку и больше не используете в опыте. Какие физические свойства магнита при этом изменились? Ни какие. Если вы деформировали пружину - то ее физ свойства изменились - она накопила энергию в виде упругой деформации. Магнит же ни каких свойств не изменит если вы удалите от него железку. Добавлено спустя 3 минуты 59 секунд: blindman писал а : При падении шарика с высоты совершается работа?
Она берется от того кто милион раз будет поднимать шарик перед броском. Разве энергия не есть мера работы которую нужно произвести, чтобы изменить какое-нибудь поле? Добавлено спустя 39 секунд: avr123. А тут она будет браться от того, кто миллион раз будет отлеплять железку и отпускать новую Добавлено спустя 2 минуты 5 секунд: avr123. Подозреваю, что мы когда убрали железку - в этот момент изменилось магнитное поле, которое, как пружина, опять "взвелось". То есть начальное условие - шарик на земле.
Магнит и магнитное поле: почему притягивается только металл? .
Почему к постоянному магниту не притягиваются одни материалы, зато отлично «липнут» другие? И так, магнит притягивает к себе железо потому, что может намагнитить его из-за особых свойств. Сама по себе кристаллическая решетка построена таким образом, что в условиях сильных магнитных или электрических полей железо может намагничиваться и притягиваться к другому магниту. Так что такое магнит, и почему он притягивает? тем хуже притягиваются. Расплавленное железо против магнита: увлекательный эксперимент. Как ведет себя расплавленное железо и обладает ли оно магнитными свойствами? 2) Почему магнит притягивает только предметы из железа, никеля и кобальта?
Какой цветной металл магнитится
| Расплавленное железо против магнита: увлекательный эксперимент | Магниты притягивают только определенные металлы, главным образом железо, никель и кобальт, называющиеся ферромагнетиками. |
| Почему магнит притягивает железо? | Почему магнит притягивает железо. Магнитом является тело, которое обладает собственным магнитным полем. В магнитном поле ощущается некоторое воздействие на внешние предметы, которые находятся рядом, наиболее очевидное – способность магнита притянуть металл. |
Почему магнит притягивает железо? Магнит.
Между магнитами, поднесенными друг к другу, возникает сила. Притяжение или отталкивание магнитов ощущается не только при непосредственном контакте. Взаимодействие присутствует даже без соприкосновения. Магниты будут отталкиваться, если поднести друг к другу их северные полюса. При контакте южных полюсов будет наблюдаться аналогичная картина. Однако, между магнитами возникнет притяжение, если к северному полюсу поднести южный. Данный принцип работает аналогично электрическим зарядам. При этом полюса магнитов и электрические заряды представляют собой разные явления. 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. Окружающие нас вещи состоят из атомов, связанных между собой.
Тип связи между ними определяет материал. Атомы в большинстве веществ плохо сгруппированы, поэтому связь с магнитом формируется слабая. В металле атомы хорошо скоординированы, все атомы синхронно ощущают магнитное поле и тянутся к нему. Антикражный магнит на одежде защищает товар от воров. Ведь несправедливо, что кто-то платит за модную вещь, а кто-то носит ее просто так. Если неоплаченную одежду пронести через турникет, систем.. Каждый магнит, который попадается нам в жизни, обладает рядом характерных черт. Второе качество заключается в..
Неодимовые магниты отличаются невероятной силой притяжения. Чем больше магнит, тем выше его мощность. Именно это качество позволяет использовать их во многих отраслях. Однако, если такой магнит примаг.. Неодимовые магниты оптом купить бывает необходимо купить в трех случаях: Если вы предприниматель, производящий на их основе свою продукцию Если вы владелец магазина инструментов и скобяных т.. Какие металлы не магнитятся То, что металлические предметы притягиваются к магниту, дети знают с раннего детства. Потом не раз проводили эксперименты в школе, изучая, что такое магнит. А также вешали на холодильник магниты.
Однако, дети могли также обнаружить, что не все металлы притягиваются к магниту.
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.
К таковым относятся железо, никель и кобальт, а также их сплавы.
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. Стали присущ «магнитотропизм», т. Это и есть моя теория магнитов».
Подобная теория была бы безусловно «правильной», но совершенно бесполезной, и разумный исследователь не стал бы терять на нее время[75]. Итак, мы начнем с простой теории, объясняющей, почему у магнитов есть полюсы. Магнитный полюс — это не экспериментальный факт, это представление, искусственная идея, которой мы пользуемся, когда интерпретируем свои опыты. В ходе этих опытов мы приходим к выводу, что на самом деле полюсов не существует. Однако это не может само по себе разрушить нашу простую теорию.
Мы будем придерживаться ее до тех пор, пока она не перестанет нам служить. Представление о полюсах обогащает наш словарь, но оно не в состоянии подсказать нам новые опыты или позволить лучше понять суть дела. Так что, не отказываясь от термина «магнитный полюс», давайте все же поищем лучшую теорию. Сейчас мы уже вооружены некоторым опытом и можем отважиться на смелые предположения. Попытаемся же построить некоторую общую схему или картину и сделаем из нее в свою очередь новые заключения, которые подвергнем затем проверке опытом.
Поэтому мы вправе спросить себя: связаны ли свойства магнитов со специфическим поведением составляющих их атомов или молекул? Задав этот вопрос, сразу же проведем опыт. Попробуем разломать магнит, чтобы узнать, что у него внутри. В глубине души мы питаем надежду, разрезав магнит пополам, отделить друг от друга его северный и южный полюсы. Однако наш опыт дает неожиданный результат.
В месте излома возникает пара разноименных полюсов, так что каждый из двух кусков представляет собой новый самостоятельный магнит. Если мы разломаем магнит осторожно, без сотрясения, то увидим, что сила, с которой полюсы притягивают железные предметы, осталась прежней, т. Можно разрезать магнит на очень большое число кусков, и каждый из них также останется магнитом. Если мы попытаемся снова составить эти куски друг с другом, то едва только их края придут в соприкосновение, новые полюсы как будто исчезнут. Можно думать, что на самом деле они не исчезли, а просто не дают внешнего магнитного поля, поскольку их поля противоположны и практически нейтрализуют друг друга.
Продолжая мысленно разрезать магнит на все более и более мелкие части, мы убедимся, что нам придется остановиться на той стадии, когда мы поделим его на мельчайшие «элементарные» магнитики. Примерно сто лет назад считалось, что ими являются как раз молекулы или атомы железа. Сейчас мы склонны думать, что эти магнитики составлены из групп атомов, по многу миллионов в каждой, которые называются «доменами» и видимы в микроскоп. Но пока мы скажем о них только то, что они представляют собой очень маленькие и крайне многочисленные простейшие магнитики, поэтому можно вообразить себе магнит разрезанным на множество таких крошечных элементарных магнитов. Составив их вместе, чтобы получить один большой магнит, мы бы заметили, что эти магнитики выстроились таким образом, что северный полюс одного примыкает к южному полюсу соседнего, так что их внешние поля взаимно компенсируются всюду, кроме концов магнита.
Вейссом [ 9 ]. Этим моментом Ритц объяснил спектры атомов, а Вейсс — ферромагнетизм. Будучи другом и коллегой Ритца, Вейсс даже написал душевное предисловие к посмертной книге Ритца. Электрон вертится от реакции отдачи при выбросе реонов как фейерверочное колесо, выбрасывающее искры и от ударов сходящегося потока реонов, раскручивающих электрон так же, как поток ветра вертит мельничное колесо [ 1 ]. Подобный механизм раскрутки электрона ещё 50 лет назад предложил В. Демиденко, отметивший, что носящиеся в пространстве со скоростью света частицы-переносчики воздействий ударяют в электрон и крутят его, аналогично струе воздуха в опыте Отточека, поддерживающей вращение даже симметричного маховика [ 14 ]. В обоих случаях скорость вращения стабилизируется на стандартном уровне. Вот откуда стандартный магнитный момент электронов: причина в равенстве их размеров и скоростей реонов, задающих стандарт скорости вращения.
Не случайно именно Ритц первым предсказал стандартный магнитный момент, ось электрона и осевое вращение элементарных зарядов для объяснения магнетизма и гравитации [ 1 , 9 ]. Но и это открытие хотят ныне приписать квантовым физикам Дж. Уленбеку и С. Хотя Уленбек, приняв вслед за Ритцем магнитный момент и вращение спин электрона для описания атомных спектров, исходно был физиком-классиком и учеником Эренфеста, знакомого с Ритцем и его идеями. А Гаудсмит, как квантовый теоретик, не имел отношения к открытию спина и лишь подписал работу Уленбека. И вообще кванторелятивисты теперь отвергают вращение электрона, считая спин абстрактным свойством. Ведь вращение электрона означает наличие у него структуры, противореча принципу неопределённости и теории относительности так как окружная скорость V крутящегося электрона вышла бы сверхсветовой. Отметим, что реоны мог бы испускать и не сам электрон, а вытолкнутые им частицы-бластоны B, распадающиеся на расстоянии r0 на реоны рис.
Эти частицы предсказал ещё Никола Тесла в честь которого названа единица магнитной индукции B , утверждавший, что "выталкиваемые электроном комья материи… расщепляются на фрагменты столь маленькие, что они полностью теряют некоторые физические свойства",— эти фрагменты реоны и производят своими ударами электромагнитные действия. Орбитальное и осевое вращение электронов объясняет все три типа магнетизма веществ диамагнетизм, парамагнетизм и ферромагнетизм , смотря по их реакции на внешнее магнитное поле B0 и по проницаемости для него. Удивительно, но такое деление веществ на три типа по проницаемости для магнитного поля потока реонов из магнита впервые произвёл всё тот же Лукреций, который, выделив железо, отметил: "Ток из магнита не в состояньи совсем на другие воздействовать вещи. Частью их тяжесть стоять заставляет,— как золото,— частью пористы телом они, и поэтому ток устремляться может свободно сквозь них, никуда не толкая при этом; к этому роду вещей мы дерево можем причислить, среднее место меж тем и другим занимает железо". Самые упрямые и странные — диамагнитные вещества, действующие наперекор внешнему полю. Однако электроны, летя по орбитам в магнитном поле атома, постепенно теряют энергию, отдаляются от ядра и в итоге его покидают. То есть намагниченность, казалось бы, возникнет лишь вначале, а затем плавно сойдёт на нет, раз генерирующие его электроны выбывают из игры. Выходит, если без поля B0 моменты орбитальных электронов компенсировали друг друга, то во внешнем поле преобладают моменты, направленные против поля и снижающие его.
И снижение сохраняется, ибо взамен электронов, покинувших атомы, приходят новые, попадающие в те же условия. Что касается эффекта индукции, то он как раз раскручивает одни электроны, тормозя другие, причём с лихвой. Быстрый прирост поля может намагнитить вещество сильнее хотя ненадолго , чем такой же, но медленный прирост, чего не могла объяснить квантовая физика. Отчасти эффект можно объяснить и влиянием на осевое вращение электронов: эффект индукции мог бы раскрутить одни электроны чуть быстрее, а электроны с обратным вращением — чуть замедлить. Эти сбои частоты вращения и магнитного момента быстро устранит стабилизация частоты вращения электронов в потоке реонов рис. В итоге останутся лишь слабые отклонения моментов электронов от стандарта, объясняющие диамагнетизм свободных электронов, частично вызванный и закруткой электронов вокруг линий поля B0, которую ошибочно трактуют по квантовой теории Ландау. Проще понять поведение парамагнитных веществ. В них внешнее поле ориентирует магнитики атомов, словно стрелки компасов на столе, создающие при параллельной ориентации добавочное поле намагниченность M , направленное вдоль внешнего поля B0 рис.
Однако тепловое движение атомов, их столкновения то и дело сбивают этот порядок, как при тряске стола с компасами, отчего их стрелки беспорядочно мельтешат, хотя в среднем больше стрелок, повёрнутых вдоль поля. Наконец, ферромагнетизм связан с постройкой вдоль поля осевых магнитных моментов атомных электронов рис. По мере увеличения внешнего поля B0 растёт его ориентирующее действие и собственное поле M ферромагнетика. Когда оси всех электронов установятся параллельно, намагниченность M перестанет расти — наступит насыщение рис. Эта кривая намагничивания ферромагнетика была открыта А. При снятии внешнего поля намагниченность не исчезает, а лишь снижается гистерезис , ибо намагниченный образец, создав сильное поле, уже сам поддерживает свою намагниченность. Так и создают "волшебные" камни-магниты, образованные элементарными магнитиками-электронами. В классике это казалось немыслимым: раз образующие ток электроны могут двигаться с любой скоростью и по любым орбитам, то и поток принимает любые значения.
А в квантовой механике орбитальный момент импульса электронов меняется дискретно, отчего дискретно меняется и поток. И всё же опыт легко объясним классически, ведь магнитное поле сверхпроводника реально создаётся не током проводимости, так как рассечение сверхпроводящего кольца не меняет магнитного поля [ 15 ]. Скорее, по гипотезе, выдвинутой ещё в 1915 г. Томсоном и возрождённой В. Федюкиным [ 15 ], сверхпроводник генерирует поле так же, как магнит,— крутящимися электронами. Магнитное поле магнита создано параллельными магнитными моментами электронов. А раз их величина стандартна, то и общее магнитное поле, и поток этого поля меняется дискретно. Точнее, дискретно меняется число n электронов, у которых моменты не скомпенсированы встречными.
Такой сверхпроводник напоминает антиферромагнетик, где магнитные моменты соседних электронов противоположны, отчего лишь малая часть нескомпенсированных моментов создаёт слабое остаточное поле, меняющееся дискретно рис. Всё это ещё раз доказывает сходство сверхпроводимости и ферромагнетизма. Поэтому в существовании высокотемпературных и керамических сверхпроводников отрицавшихся квантовой теорией до их создания не больше странного, чем в сильных керамических магнитах, работающих при комнатных температурах. Хотя есть вещества, становящиеся ферромагнетиками лишь при очень низких температурах, как сверхпроводники. Осталось выяснить, почему в магнитном поле моменты электронов и атомов ориентируются упорядоченно, порождая ферромагнетизм и другие явления. Полагали, что в классической теории такое невозможно: хотя внешнее магнитное поле и создаёт момент сил, стремящийся развернуть атом или электрон по полю, но за счёт вращения они прецессируют, словно волчок, вокруг направления магнитного поля. А в квантовой теории направление магнитного момента частиц квантуется,— моменты частиц направлены к внешнему полю лишь под строго заданными углами и скачком уменьшают этот угол. Но реально и классическая теория ведёт к установлению электронов и атомов вдоль поля, если учесть трение, от которого эти микромагниты сокращают размахи, как стрелки компаса, пока не установятся вдоль поля так же отклоняется под действием момента сил волчок, скажем в гирокомпасе.
В итоге трение от столкновений атомов сокращает их колебания в поле, ориентируя их магнитные моменты вдоль внешнего поля, которое за счёт этого усиливается [ 12 ]. Для электронов это трение тоже вызвано столкновениями, но уже при испускании и поглощении потоков реонов, тормозящих качания, прецессию за счёт электродинамической необратимости, открытой Ритцем. Это так называемое радиационное трение, сопровождаемое излучением электромагнитных волн ускоренно движущимися, колеблющимися зарядами. Итак, в магнитном поле электрон или атом должен излучать электромагнитные волны на частоте своих качаний. Такое явление известно в форме магнитного резонанса, при котором электроны и атомы эффективно поглощают и испускают электромагнитное излучение на частоте собственных колебаний или прецессии ларморовской частоте. Излучение на этой частоте при колебаниях ведёт к потере энергии атомом и ослаблению колебаний, к постройке всех атомов, электронов вдоль поля и появлению общего магнитного момента у ферромагнетика при намагничивании. На этом основан принцип действия магнитных холодильников, отбирающих энергию у атомов и электронов, колеблющихся в магнитное поле. Впрочем, и без внешнего поля магнитные моменты электронов устанавливаются параллельно, образуя домены — области спонтанной намагниченности, предсказанные П.
Вейссом и экспериментально открытые Н. Акуловым [ 12 ]. Каждый электрон своим магнитным полем вынуждает соседние электроны повернуться в том же направлении, а те, в свою очередь, вынуждают соседние.