Какая сила заставляет магнит притягивать, и как её применяют

Большинство людей знает, что железо притягивается магнитом, в то время как некоторые другие металлы, например, медь, серебро или золото, с ним не взаимодействуют. Тем не менее немногие способны объяснить, что заставляет магнит притягивать, и почему его силе подвластно именно железо. Чтобы получить ответ, необходимо исследовать явление на атомарном уровне.

Характеристики магнита

Природа явления

Магнетизм — физическое свойство материалов притягиваться или отталкиваться друг от друга под воздействием силовых полей электрической природы. Вокруг каждого из атомов вращающиеся электроны создают магнитное поле. В обычных материалах направления этих полей хаотичны, и их взаимодействие нейтрализует друг друга. В некоторых материалах образуются макроскопические области, известные как домены, атомы в них структуризированы так, что весь рассматриваемый участок материала имеет чётко выраженные полюса.

Полярность у магнита

В магнитах большинство доменов сориентированы полюсами в одном направлении. Чем большее их количество имеет однородную направленность, тем сильнее производимое ими поле. Это объясняет, почему из разбитого пополам магнита образуются два с северными и южными полюсами.

Чтобы получить постоянный магнит, необходимо принудительно структурировать домены в материале однонаправленно.

Долговечность и постоянство полученного результата зависит от количества силы, приложенной для организации доменов. Трудно намагничиваемые вещества надолго сохраняют свои качества и наоборот. Намагниченные материалы можно принудительно лишить их свойств двумя способами:

Свойство магнита

  • Подвергнуть воздействию сильного поля в обратном направлении.
  • Нагреть материал выше температуры Кюри — тепло меняет структуру вещества и, как следствие, домены теряют свою упорядоченность.
Робот с квазичеловеческой моторикой был представлен японцами

Хотя отдельные атомы любого вещества обладают полем, это не означает, что само вещество может приобрести магнитные свойства. В большинстве твёрдых тел электроны выстраиваются в пары так, что их магнитные поля взаимно компенсируются. Исключения составляют материалы с неспаренными электронами, какая-то часть из них способна взаимодействовать с магнитами, перестраивая в их присутствии полюса доменов. Объяснение некоторых деталей, почему эта качество встречается не так часто, относится к области, довольно сложной для людей, не знакомых глубоко с физикой. К широко известным магнитным материалам относят:

Никель

  • железо;
  • никель;
  • кобальт.

История открытия и применения

Магнетизм для людей в глубоком прошлом, скорее всего, должен был казаться волшебством. Ещё древние греки и китайцы обнаруживали осколки метеоритного железа или природные материалы, которые использовали как стрелку компаса для определения направления. Тем не менее первые искусственные магниты были изготовлены лишь в XVIII веке, и даже дальнейший прогресс в создании материалов с сильно выраженными свойствами был медленным. Основные даты открытий выглядят так:

Магнитное поле

  • 1740 г. — Говин Найт разработал процесс производства намагниченной стали.
  • 1750 г. — Джон Мичелл опубликовал в Кембридже восемьдесят страниц своего трактата, посвящённого теоретическим основам создания материалов со структурированными доменами.
  • 1820 г. — описание Андре Мари Ампером явления электромагнетизма.
  • 1855 г. — публикация Майклом Фарадеем теории электромагнитной индукции.
  • 1920-е гг. — сформулированы принципы создания сильномагнитных сплавов.
  • Середина XX в. — разработаны современные технологии изготовления ферритов.
  • 1970-е гг. — начало производства редкоземельных магнитов.
Самые яркие звезды и крупные созвездия небосвода

Виды и особенности магнитов

Магниты также могут быть созданы с помощью электричества. Если намотать провод на железный сердечник и пустить по виткам электрический ток, появится магнитное поле. Такое явление называется электромагнетизмом, для него характерна возможность создавать очень сильные поля.

Самые выраженные свойства можно наблюдать у катушек из сверхпроводников. Подобные устройства не нуждаются в сердечниках и требуют для своей работы крайне низких температур.

Среди веществ, обладающих способностями к притяжению без помощи электричества, наиболее выраженными являются материалы на основе редкоземельных металлов. Известны своей выдающейся мощностью неодимовые изделия. Поскольку некоторые магниты создают весьма сильные поля, существуют правила хранения и обращения с ними:

Мощный магнит

  • Всегда проявлять большую осторожность при общении с сильными магнитами. Они могут травмировать людей, притягиваясь или отталкиваясь друг от друга.
  • Держать их на расстоянии от чувствительных носителей информации, таких как дискеты, кредитные карты, жёсткие диски.
  • Хранит желательно в закрытых контейнерах.
  • Складировать в состоянии притяжения друг к другу.
  • С целью предотвратить размагничивание слабоустойчивых магнитов хранить в комплекте с железными пластинами, соединяющими полюса.
  • Исключить попадание в пищевой тракт из-за их способности склеиваться через стенки кишечника и блокировать кровообращение тканей. Извлечение чаще всего требует хирургического вмешательства.

Планета магнит

Самым сильный из доступных наблюдению магнитов — наша планета. В центре Земли вращается жидкое ядро, состоящее из металлического железа. Обычные материалы теряют магнитные свойства при нагреве, сохранение их в жидком состоянии — редкое исключение. Но если расплавленный металл находится в постоянном вращении, атомы могут споляризироваться в одном направлении.

Как делают магниты для разных сфер применения

Таким образом, ядро Земли превращает планету в гигантский магнит с полюсами на севере и юге. Наиболее важной его особенностью является защита от солнечного ветра всего живого с помощью создаваемого мощного поля. Кроме того, трудно переоценить значение постоянных полюсов для ориентации многих видов животных, птиц и, конечно, людей.

Сфера применения магнитов человечеством крайне широка — от электроники до медицины. Любой электрический двигатель или генератор работает на принципе электромагнитной индукции.

Несмотря на долгое знакомство с явлением, его действие на организм до конца не изучено, а эксперименты с новыми материалами обещают ещё немало полезных открытий.

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.