Що відштовхує магніт. Чому магніт притягує – все про магнітні поля
Магніти, такі як іграшки, приліплені до вашого домашнього холодильника, або підкови, які вам показували в школі, мають кілька незвичайних рис. Насамперед, магніти, що притягуються до залізних та сталевих предметів, наприклад до дверей холодильника. Крім того, вони мають полюси.
Наблизьте один до одного два магніти. Південний полюс одного магніту притягнеться до північного полюса іншого. Північний полюс одного магніту відштовхує північний полюс іншого.
Магнітний та електричний струм
Магнітне поле генерується електричним струмом, тобто електронами, що рухаються. Електрони, що рухаються навколо атомного ядранесуть негативний заряд. Спрямоване переміщення зарядів з місця на інше називається електричним струмом. Електричний струмформує біля себе магнітне поле.
Це поле своїми силовими лініями, як петлею, охоплює шлях електричного струму, подібно до арки, яка стоїть над дорогою. Наприклад, коли включають настільну лампу і по мідних дротах тече струм, тобто електрони у дроті перескакують від атома до атома і навколо дроту створюється слабке магнітне поле. У лініях високовольтних передач струм набагато сильніший, ніж у настільній лампі, тому навколо проводів таких ліній формується дуже сильне магнітне поле. Таким чином, електрика і магнетизм - це дві сторони однієї і тієї ж медалі - електромагнетизму.
Матеріали на тему:
Міграція птахів
Рух електронів та магнітне поле
Рух електронів усередині кожного атома створює навколо нього крихітне магнітне поле. Електрон, що рухається по орбіті, утворює вихроподібне магнітне поле. Але більша частинамагнітного поля створюється не рухом електрона орбітою навколо ядра, а рухом електрона навколо своєї осі, так званим спином електрона. Спин характеризує обертання електрона навколо осі як рух планети навколо своєї осі.
Чому матеріали магнітяться і не магнітяться
У більшості матеріалів, таких як пластмаси, магнітні поля окремих атомів орієнтовані безладно і взаємно гасять один одного. Але в таких матеріалах, як залізо, атоми можна зорієнтувати так, що їх магнітні поля складуться, тому шматок сталі намагнічується. Атоми в матеріалах з'єднані групи, які називаються магнітними доменами. Магнітні поля одного окремого домену зорієнтовані в один бік. Тобто кожен домен – це маленький магнітик.
Різні домени орієнтовані у найрізноманітніших напрямках, тобто невпорядковано, і гасять магнітні поля одне одного. Тому сталева смуга – не магніт. Але якщо нам вдасться зорієнтувати домени в один бік, щоб сили магнітних полів склалися, тоді бережіться! Сталева смуга стане потужним магнітом та притягне будь-який залізний предмет від цвяха до холодильника.
Відомо, атоми та частинки в них обертаються навколо своєї осі з великою швидкістю. Розглянемо детально це явище одному атомі! Звернімо увагу на бік, що обертається за годинниковою стрілкою, тобто сторона атома з лівого боку рухається угору, праворуч, потім, з верху вниз і потім внизу, з права, наліво. При цьому, протилежний бік цієї частинки, обертається проти годинникової стрілки. Так само, обертаються і всі інші частки. Із попередніх моїх статей відомо, що атмосфера стискає елементарні частки. Отже, якщо ці частинки, в результаті їх стиснення, стикаються між собою, то частинки, у яких сторони обертання збігаються (за годинниковою та проти годинниковою), ці частинки стискаються. Тобто виникає ефект тяжіння! І при цьому виникає ефект холоду. А ті частинки, у яких сторони обертаються в протилежні сторониЦі частинки відштовхуються один від одного, при цьому ці частинки збільшуються у своєму обсязі, тому що вони, при своїй взаємодії, прагнуть зруйнувати один одного. Тобто, при цьому, в простір виділяються частинки з великими швидкостями у вигляді магнітних хвиль розширення і які при цьому утворюють ефект теплоти. Наша атмосфера складається з цих елементарних частинок, що обертаються, і які стискають нашу землю з чотирьох сторін у горизонтальній площині і з боку простору. Отже, ці електромагнітні потоки рухаються на зустріч один одному і по ходу свого руху обертаються за годинниковою стрілкою. Тобто, у протилежні сторони! Тому, досягаючи полюсів магніту, ці потоки стискаються зовнішньою силою в центрі тіла магніту, а потім, долаючи центр стиснення, ці потоки магнітної енергії в стислому вигляді, виходять на протилежний полюс! Отже, якщо ці полюси з'єднати, то вони притягуються один до одного, оскільки їхні потоки у кожного збігаються з їхніми сторонами обертання. Якщо ж взяти інший такий самий магніт, то полюси, у яких ці магнітні потоки обертаються, в одного за годинниковою, а в іншого, проти годинникової, тобто обертання збігається в одному напрямку, ці полюси притягуються. Тобто стискаються! І навпаки, якщо обертання магнітного потоку не збігається, то такі полюси відштовхуються. Про те, що магніти не володіють власною енергією, доводиться наступним: 1) Електромагніт володіє магнетизмом, якщо електро обмотки його полюсів, виконані так, що обертання електроструму, спрямоване за годинниковою та проти годинникової стрілки Тобто, у протилежні сторони! 2) Постійний магніт, якщо його полюси довгий час не замкнуті між собою, це магніт втрачає свої властивості магнетизму. Тобто, у нього губляться властивості пропускати через себе ці магнітні потоки. Олексій Мішнєв.
Будь-яка заряджена частка, що рухається, створює магнітне поле. Якщо таких часток багато і рухаються вони навколо однієї й тієї осі, то виходить магніт.
Якщо ви зберетеся запитати знайомого нобелівського лауреата з фізики, як працює магніт, намагайтеся чіткіше формулювати своє питання, інакше ви сильно ризикуєтея вас попередив.
Атом складається з ядра і електронів, що обертаються навколо нього. Електрони можуть обертатися різними орбітами, які називають електронними рівнями. На кожному електронному рівні може бути по два електрони, які обертаються в різних напрямках.
Але в деяких речовин не всі електрони парні, і кілька електронів крутяться в тому самому напрямку, такі речовини називаються феромагнетиками. А оскільки електрон - якраз заряджена частка, що обертаються навколо атома в один і той же бік електрони створюють магнітне поле. Виходить мініатюрний електромагніт.
Якщо атоми речовини розташовані у довільному порядку, як найчастіше і буває, поля цих наномагнітів компенсують один одного. Але якщо ці магнітні поля направити в ту саму сторону, то вони складуться - і вийде магніт.
Чому не всі монети магнітяться?
Якщо змішати машинне масло та тонер для лазерного принтера можна отримати феррофлюїд – рідину, яка притягується магнітом.
Саме феромагнетики найкраще і притягуються магнітом, тому що в них є непарні електрони, що обертаються. На заряди, що рухаються, в магнітному полі діє сила Лоренца, тому магніт і притягує інші феромагнетики.
Але не всі метали в атомах мають непарні електрони, сила Лоренца діє на парні електрони в протилежні сторони, тому вони не притягуються магнітами. Наприклад, сучасні монети 10 копійок, 50 копійок і 10 рублів магнітяться, а один, два і п'ять рублів не магнітяться, тому що зроблені зі сплавів міді, яка не є феромагнетиком.
У широкому сенсі магніт є елементом, що володіє власним магнітним полем. Це шматок сталі або залізної руди з домішками алюмінію, кобальту та нікелю. До складу магніту входить безліч компонентів, які називаються доменами, у кожного з яких є південний і північний полюс. В об'єднаному стані домени утворюють єдину магнітну масу з безліччю зорієнтованих полюсів. Якщо домени перебувають у безладному стані, вони втрачають властивість притягувати залізо, які магнітна сила втрачається повністю.
Завдяки специфіці з'єднання доменів, кожен магніт має два полюси – південний та північний. Якщо магніт розрізати, їх полярність також збережеться. Усього існує три різновиди магнітів: природні, електромагніти та тимчасові магніти. Природні магніти – це металева руда. Тимчасові – це елементи, які піддаються впливу магнітного поля (цвяхи, скріпки, гайки, монети). Електромагніти - це магніти з індукційною котушкою і електричним струмом, що проводиться через неї.
Чому магніти притягують залізо?
Кожен домен магніту є окремим невеликим магнітиком мікроскопічного розміру. При наближенні до них заліза елементи змінюють своє становище і вишиковуються в своєрідний ряд. Полюси при цьому спрямовані в один бік, за рахунок чого створюється єдність магнітного поля. Елементи заліза відразу входять у контакт із доменами магніту і починають притягуватися.
Процес притягування магнітом заліза та інших магнітів обумовлений законами фізики. Домени магніту, що являють собою електроди, мають власну масу і заряд. При збігу зарядів домени починають пересуватися із невеликою швидкістю. Елементи заліза в магніті і шматок чистого заліза без домішок мають схожість у своєму складі. Такий нюанс стає головною причиною притягування електродів один до одного.
Магніт не притягуватиме дерево, пластик чи інші неметалеві матеріали. Властивістю впорядкованого руху та розташування електродів відрізняються лише сталь та залізо. Через такі чинники, єдиними матеріалами, які притягує магніт, стають сталь та залізо.
Окремий шматок сталі або заліза можна перетворити на тимчасовий магніт. Якщо довго тримати з'єднаними магніт і один із зазначених елементів, то електроди в сталі та залізі почнуть утворювати власне магнітне поле. Атоми при цьому збільшуватимуть свій розмір. Протягом деякого часу здатність магнітитися збережеться і шматок сталі або заліза можна буде використовувати як самостійний магніт.
Важко знайти людину, яка б не знала, що таке магніт. Точніше про те, що якийсь металоподібний шматок може притягувати до себе різні залізні предмети, а також взаємно притягуватися або відштовхуватися від іншого такого ж магніту. Але саму природу подібних явищ знає далеко не кожен. Хоча суть магніту не таїть у собі особливих таємницьта складнощів. Все у ньому досить просто. Давайте ж у цій статті розглянемо причину та природу, що стоїть в основі роботи магніту.
Отже, перш за все почнемо з наступного. Думаю Вам доводилося чути, що основою роботи будь-яких електричних приладів є рух електричного струму внутрішніми ланцюгами пристрою. Електричний струм є маленькими електричними частинками, що мають певний електричний заряд і впорядковано пересуваються всередині провідників (всього того, що проводить через себе струм) при появі такої можливості (коли виникає замкнутий ланцюг). Частинки із негативним зарядом прийнято називати електронами. Саме вони у твердих речовинах здійснюють свою роботу (пересування). У рідких та газоподібних речовинпересуваються іони, які мають плюсовий заряд.
Який зв'язок між електрично зарядженими частинками і магнітами, що виражає його суть? А зв'язок прямий! Вченими давно було встановлено, що магнітне поле виникає саме навколо електричного заряду, що рухається. Також Ви могли чути про те, що магнітні поля існують навколо звичайних проводів, якими діжиться струм. Як тільки струм припиняє свій рух, то електромагнітне поле також пропадає. Це і умова виникнення магнітного поля.
Зі шкільної фізики відомо, що будь-які навколишні речі та предмети складаються з атомів і молекул (досить дрібних елементарних частинок). Ці елементарні частинки, у свою чергу, мають таку будову. Усередині знаходиться ядро (що складається з протонів і нейтронів) (ядро має плюсовий заряд), а навколо цього ядра з величезною швидкістю обертаються дрібніші частинки, це електрони (що мають негативний заряд).
Так ось суть магніту полягає в наступному. Оскільки ми з'ясували, що магнітне поле виникає навколо рухомих електричних зарядів, А електрони є у всіх атомах і молекулах, і вони постійно рухаються, отже атоми і молекули мають навколо себе магнітні поля (вони дуже малі і за силою та за розмірами). Додатково варто врахувати, що різні речовини та предмети мають різні магнітні властивості. В одних магнітні властивості виражені дуже сильно, а в інших настільки слабко, що свідчить про повну відсутність полів.
Ось основа природи та суті магніту. Але навіть ті речовини, які мають більшу інтенсивність прояву магнітних полів (це феромагнетики, найвідомішим з яких є просте залізо) не завжди магнітять. Чому так? Тому що існує ефект односпрямованості та хаотичності. Поясню, що це таке. Суть магніту (прояв магнетизму) залежить тільки від речовини, а й від положення атомів і молекул, що є всередині речовини. Якщо два магніти з'єднати таким чином, що їх полюси збігатимуться у напрямку, то магнітна сила полів посилить один одного і підсумкове загальне поле стане сильнішим. Але якщо ці магніти розташувати відносно один одного протилежними полюсами, природно, вони будуть пригнічувати один одного, а їхнє загальне поле покриватиметься. Так і всередині речовин, щоб отримати найбільше магнітне поле, необхідно щоб всі атоми і молекули магнітної речовини були односпрямовані своїми полюсами. Це досягається у різний спосіб.
І так, з суттю магніту та його природою дії розібралися. Тепер трохи про те, як робляться магніти. Якщо потрібно виготовити постійний магніт(звичайний шматок магніту, який постійно магнітить) беруть матеріал з феромагнетика, поміщають його в магнітне поле досить великої інтенсивності визначений час. Після чого цей феромагнетик сам починає володіти магнітними властивостями. В результаті приміщення його в магнітне поле великої інтенсивності елементарні частинки речовини повернулися в один бік, що послужило виникненню ефекту односпрямованості атомів та молекул.
Для отримання електромагнітів використовую прості мідні котушки, всередину яких поміщений осердя з феромагнетика, що підсилює загальний магнітний ефект. Тобто коли через цю котушку пропускають постійний струм вона починає притягувати до себе залізні предмети. Адже по котушки тече струм (заряджені частинки). Отже, навколо неї виникатиме і електромагнітне поле. А чим більше витків на котушці і чим більше струму проходитиме через неї, тим більша магнітна сила породжуватиметься навколо неї.
P.S. Ось у принципі ми й розібралися з природою та суттю магніту. Знаючи загальний принциппристрої та роботи магніту (електромагніту) Вам тепер стало зрозуміло, чому саме магніти притягують до себе залізні предмети.
