Как выглядит магнит. Постоянные магниты: принципы работы, характеристики и применение

В данном случае «нейтральная зона» тоже не до конца изученный момент. Почему магнитное поле здесь не исчезает полностью, а лишь становится слабее? Логического объяснения нет, этот процесс проходит как-то самостоятельно. Зато именно около «нейтральной зоны» можно заметить изменение силовых линий, которые изгибаются, становясь дугообразными.

Огромное количество вопросов по поводу магнитного поля не даёт покоя, хотя, казалось бы, магнит изучен уже вдоль и поперёк. И чем глубже учёные и любители вдаются в подробности особенностей свойств магнита, тем больше вопросов появляется….

Из чего делают магниты — блог Мира Магнитов

Магниты делятся на несколько видов: постоянные, электро- и временные. Они отличаются между собой характеристиками, долговечностью и особенностью эксплуатации.

Постоянные магниты

Самые мощные магниты — неодимовые

• Неодима, бора и железа. Такие элементы называют супермагнитами, поскольку они долго сохраняют эксплуатационные характеристики и размагничиваются со скоростью 1-2% за 100 лет. Размагнитить неодим почти невозможно.
• Самария и кобальта — за счет устойчивости к агрессивной среде и воздействию высоких температур, активно используется в военной промышленности. По своим эксплуатационным особенностям похож на неодимовые аналоги.
• Альнико — сплав алюминия, кобальта и никеля. Легкий и термоустойчивый материал, но быстро размагничивающийся под действием другого магнитного поля.
• Магнитопласты — состоят из полимеров, магнитного порошка и всевозможных добавок. В отличие от всех остальных видов, эти магниты легко поддаются обработке, пластичны и эластичны. Благодаря этому из них создают изделия сложной формы и экспериментируют с расположением полюсов. Мощность таких элементов зависит от количества магнитного порошка в составе магнитной смеси, которая может достигать 94% от массы готового изделия.
• Ферриты — сплав железа с другими металлами. Наиболее распространенный вид, так как недорог в производстве и имеет широкую сферу эксплуатации, однако при воздействии высоких температур довольно быстро теряет свои свойства.

Временные магниты

Электромагниты

Самый простой электромагнит делается за 5 минут из гвоздя, проволоки и батарейки

Постоянные магниты. Основы расчета систем с постоянными магнитами Как работает постоянный магнит

Что же такое постоянный магнит? Постоянным магнитом называется тело, способное долгое время сохранять намагничивание. В результате многократных исследований, проведенных многочисленных опытов, мы можем сказать, что только три вещества на Земле могут быть постоянными магнитами (рис. 1).

Рис. 1. Постоянные магниты. ()

Только эти три вещества и их сплавы могут быть постоянными магнитами, только они могут намагничиваться и сохранять такое состояние долгое время.

Постоянные магниты использовались очень давно, и в первую очередь это приборы ориентирования в пространстве — первый компас был изобретен в Китае для того, чтобы ориентироваться в пустыне. На сегодняшний день о магнитных стрелках, о постоянных магнитах уже никто не спорит, их используют повсеместно в телефонах и в радиопередатчиках и просто в различных электротехнических изделиях. Они могут быть разными: есть полосовые магниты (рис. 2)

Рис. 2. Полосовой магнит ()

А есть магниты, которые называются дугообразными или подковообразными (рис. 3)

Рис. 3. Дугообразный магнит ()

Исследование постоянных магнитов связано исключительно с их взаимодействием. Магнитное поле может создаваться электрическим током и постоянным магнитом, поэтому первое, что было проведено, — это исследования с магнитными стрелками. Если поднести магнит к стрелке, то мы увидим взаимодействие — одноименные полюса будут отталкиваться, а разноименные будут притягиваться. Такое взаимодействие наблюдается со всеми магнитами.

Расположим вдоль полосового магнита маленькие магнитные стрелки (Рис. 4), южный полюс будет взаимодействовать с северным, а северный будет притягивать южный. Магнитные стрелки будут располагаться вдоль линии магнитного поля. Принято считать, что магнитные линии направлены вне постоянного магнита от северного полюса к южному, а внутри магнита от южного полюса к северному. Таким образом, магнитные линии замкнуты точно так же, как и у электрического тока, это концентрические окружности, они замыкаются внутри самого магнита. Получается, что вне магнита магнитное поле направлено от севера к югу, а внутри магнита от юга к северу.

Рис. 4. Лини магнитного поля полосового магнита ()

Для того чтобы пронаблюдать форму магнитного поля полосового магнита, форму магнитного поля дугообразного магнита, воспользуемся следующими приборами или деталями. Возьмем прозрачную пластину, железные опилки и проведем эксперимент. Посыплем железными опилками пластину, находящуюся на полосовом магните (рис. 5):

Рис. 5. Форма магнитного поля полосового магнита ()

Мы видим, что линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс, по густоте линий можно судить о полюсах магнита, где линии гуще — там находятся полюса магнита (рис. 6).

Рис. 6. Форма магнитного поля дугообразного магнита ()

Аналогичный опыт проведем с дугообразным магнитом. Мы видим, что магнитные линии начинаются на северном и заканчиваются на южном полюсе по всему магниту.

Нам уже известно, что магнитное поле образуется только вокруг магнитов и электрических токов. Как же нам определить магнитное поле Земли? Любая стрелка, любой компас в магнитном поле Земли строго ориентированы. Раз магнитная стрелка строго ориентируется в пространстве, следовательно, на нее действует магнитное поле, и это магнитное поле Земли. Можно сделать вывод о том, что наша Земля — это большой магнит (Рис. 7) и, соответственно, этот магнит создает в пространстве достаточно мощное магнитное поле. Когда мы смотрим на стрелку магнитного компаса, мы знаем, что красная стрелочка показывает на юг, а синяя на север. Как же располагаются магнитные полюсы Земли? В этом случае необходимо помнить о том, что на северном географическом полюсе Земли располагается южный магнитный полюс и на южном географическом полюсе располагается северный магнитный полюс Земли. Если рассмотреть Землю как тело, находящееся в пространстве, то можно говорить о том, что, когда мы идем по компасу на север, мы придем на южный магнитный полюс, а когда идем на юг — мы попадем на северный магнитный полюс. На экваторе стрелочка компаса будет располагаться практически горизонтально относительно поверхности Земли, и чем ближе мы будем находиться к полюсам, тем вертикальнее будет расположение стрелки. Магнитное поле Земли могло изменяться, были времена, когда полюсы менялись относительно друг друга, то есть южный был там, где северный, и наоборот. По предположению ученых, это было предвестником больших катастроф на Земле. Последние несколько десятков тысячелетий этого не наблюдалось.

Рис. 7. Магнитное поле Земли ()

Магнитные и географические полюса не совпадают. Внутри самой Земли тоже существует магнитное поле, и, как в постоянном магните, оно направлено от южного магнитного полюса к северному.

Откуда же берется магнитное поле в постоянных магнитах? Ответ на этот вопрос дал французский ученый Андре-Мари Ампер. Он высказал идею о том, что магнитное поле постоянных магнитов объясняется элементарными, простейшими токами, протекающими внутри постоянных магнитов. Эти простейшие элементарные токи определенным образом усиливают друг друга и создают магнитное поле. Отрицательно заряженная частица — электрон — движется вокруг ядра атома, это движение можно считать направленным, и, соответственно, вокруг такого движущегося заряда создается магнитное поле. Внутри любого тела количество атомов и электронов просто огромно, соответственно, все эти элементарные токи принимают упорядоченное направление, и мы получаем достаточно значительное магнитное поле. То же самое мы можем сказать о Земле, то есть магнитное поле Земли очень напоминает магнитное поле постоянного магнита. А постоянный магнит — это достаточно яркая характеристика любого проявления магнитного поля.

Кроме существования магнитных бурь, существуют еще магнитные аномалии. Они связаны с солнечным магнитным полем. Когда на Солнце происходят достаточно мощные взрывы или выбросы, они происходят не без помощи проявления магнитного поля Солнца. Это эхо достигает Земли и сказывается на ее магнитном поле, в результате мы с вами наблюдаем магнитные бури. Магнитные аномалии связаны с залежами железных руд в Земле, огромные залежи в течение долгого времени намагничиваются магнитным полем Земли, и все тела, находящиеся вокруг, будут испытывать действие магнитного поля со стороны этой аномалии, стрелки компасов будут показывать неправильное направление.

На следующем уроке мы с вами рассмотрим другие явления, связанные с магнитными действиями.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. — М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. — М.: Просвещение.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. Class-fizika.narod.ru ().
3. Files.school-collection.edu.ru ().

Домашнее задание

1. Какой из концов стрелки компаса притягивается к северному полюсу Земли?
2. В каком месте Земли нельзя верить магнитной стрелке?
3. О чем говорит густота линий на магните?

Чтобы понять, как увеличить силу магнита, нужно разобраться в процессе намагничивания. Это произойдет, если магнит расположить во внешнем магнитном поле противоположной стороной к исходной. Увеличение же мощности электромагнита происходит тогда, когда увеличивается подача тока или умножаются витки обмотки.

Увеличить силу магнита можно с помощью стандартного набора необходимого оборудования: клея, набора магнитов (нужны именно постоянные), источника тока и изолированного провода. Они понадобятся для осуществления тех способов увеличения силы магнита, которые представлены ниже.

Усиление с помощью более мощного магнита

Этот способ заключается в использовании более мощного магнита для усиления исходного. Для осуществления надо поместить один магнит во внешнее магнитное поле другого, обладающего большей мощностью. Также с этой же целью применяют электромагниты. После удержания магнита в поле другого, произойдет усиление, но специфика заключается в непредсказуемости результатов, поскольку для каждого элемента такая процедура будет работать индивидуально.

Усиление с помощью добавления других магнитов

Известно, что каждый магнит имеет два полюса, причем каждый притягивает противоположный знак других магнитов, а соответствующий – не притягивает, лишь отталкивает. Как увеличить мощность магнита, используя клей и дополнительные магниты. Здесь предполагается добавление других магнитов с целью увеличения итоговой мощности. Ведь, чем больше магнитов, тем, соответственно, будет больше сила. Единственное, что нужно учесть, — это присоединение магнитов одноименными полюсами. В процессе они будут отталкиваться, согласно законам физики. Но задача состоит в склеивании, несмотря на сложности в физическом плане. Лучше использовать клей, который предназначен для склеивания металлов.

Метод усиления с использованием точки Кюри

В науке есть понятие точки Кюри. Усиление или ослабление магнита можно произвести, нагревая или охлаждая его относительно самой этой точки. Так, нагревание выше точки Кюри или сильное охлаждение (гораздо ниже нее) приведет к размагничиванию.

Надо заметить, что свойства магнита при нагревании и охлаждении относительно точки Кюри имеют скачкообразное свойство, то есть, добившись правильной температуры можно усилить его мощность.

Метод №1

Если возник вопрос, как сделать магнит сильнее, если его сила регулируется электрическим током, то сделать это можно с помощью увеличения тока, который подается на обмотку. Здесь идет пропорциональное увеличение мощности электромагнита и подачи тока. Главное, ⸺ постепенная подача, чтобы не допустить перегорания.

Метод №2

Для осуществления этого метода надо увеличить количество витков, но длина должна оставаться неизменной. То есть, можно сделать один-два дополнительных ряда провода, чтобы общее количество витков стало больше.

В этом разделе рассмотрены способы, как увеличить силу магнита в домашних условиях, для экспериментов можно заказать на сайте МирМагнитов .

Усиление обычного магнита

Множество вопросов возникает, когда обычные магниты перестают выполнять свои прямые функции. Это часто происходит из-за того, что бытовые магниты таковыми не являются, ведь, по сути, они намагниченные металлические части, которые теряют свойства с течением времени. Усилить мощность таких деталей или вернуть им свойства, которые были изначально, невозможно.

Надо заметить, что прикреплять к ним магниты, даже более мощные, не имеет смысла, поскольку, при их соединении обратными полюсами, внешнее поле становится гораздо слабее или вообще нейтрализуется.

Это можно проверить с помощью обычной бытовой занавески-москитки, которая должна закрываться посередине при помощи магнитов. Если на слабые исходные магниты сверху прикрепить более мощные, то в результате штора вообще потеряет свойства соединения с помощью притяжения, потому что противоположные полюса нейтрализуют внешние поля друг друга на каждой из сторон.

Эксперименты с неодимовыми магнитами

Неомагнит довольно популярен, его состав: неодим, бор, железо. Такой магнит обладает высокой мощностью и отличается стойкостью к размагничиванию.

Как усилить неодим? Неодим очень подвержен коррозии, то есть быстро ржавеет, поэтому неодимовые магниты покрывают никелем, чтобы повысить срок службы. Также они напоминают керамику, их легко разбить или расколоть.

Но пытаться увеличивать его мощность искусственным способом нет смысла, потому что это постоянный магнит, он имеет определенный для себя уровень силы. Поэтому, если вам необходимо иметь более мощный неодим, лучше приобрести его, учитывая нужную силу нового.

Заключение: в статье рассмотрена тема, как увеличить силу магнита, в том числе, как увеличить мощность неодимового магнита. Получается, что существует несколько способов увеличить свойства магнита. Потому что бывает просто намагниченный металл, увеличить силу которого невозможно.

Наиболее простые способы: с помощью клея и других магнитиков (они должны быть приклеены идентичными полюсами), а также – более мощного, во внешнем поле которого должен находится исходный магнит.

Рассмотрены способы увеличения силы электромагнита, которые заключаются в дополнительной обмотке проводами или усилении поступления тока. Единственное, что нужно учитывать — это силу поступления тока в целях безопасности и сохранности аппарата.

Обычные и неодимовые магниты не способны поддаваться на увеличение собственной мощности.

а) Общие сведения. Для создания постоянного маг­нитного поля в целом ряде электрических аппаратов ис­пользуются постоянные магниты, которые изготавлива­ются из магнитно-твер­дых материалов, имею­щих широкую петлю ги­стерезиса (рис.5.6).

Работа постоянного магнита происходит на участке отH= 0 до H = — Н с. Эта часть петли называется кривой размагничивания.

Рассмотрим основные соотношения в постоян­ном магните, имеющем форму тороида с одним малым зазором б (рис.5.6). Благодаря форме тороида и небольшому зазору потоками рассеяния в таком магните можно пренебречь. Если зазор мал, то магнитное поле в нем можно счи­тать однородным.

Рис.5.6. Кривая размагничивания постоянного магнита

Если пренебречь выпучиванием, то индукции в зазоре В & и внутри магнита В одинаковы.

На основании закона полного тока при интегрирова­нии по замкнутому контуру 1231 рис. получим:

Рис.5.7. Постоян­ный магнит, имеющий форму тороида

Таким образом, напряженность поля в зазоре направ­лена встречно напряженности в теле магнита. Для элек­тромагнита постоянного тока, имеющего аналогичную форму магнитной цепи, без учета насыщения можно написать: .

Сравнивая мож­но видеть, что в случае с постоян­ным магнитом н. с, создающей поток в рабочем зазоре, является про­изведение напряженности в теле магнита на его длину с обратным знаком —Hl.

Воспользовавшись тем, что

, (5.29)

, (5.30)

где S -площадь полюса; — проводимость воздушного зазора.

Уравнение есть уравнение прямой, проходя­щей через начало координат во втором квадранте под углом а к оси Н . С учетом масштаба индукции т в и на­пряженности т н угол а определяется равенством

Так как индукция и напряженность магнитного поля в теле постоянного магнита связаны кривой размагничи­вания, то пересечение указанной прямой с кривой раз­магничивания (точка А на рис.5.6) и определяет со­стояние сердечника при заданном зазоре.

При замкнутой цепи и

С ростом б проводимость рабочего зазора и tga уменьшаются, индукция в рабочем зазоре падает, а на­пряженность поля внутри магнита увеличивается.

Одной из важных характеристик постоянного магни­та является энергия магнитного поля в рабочем зазоре W t . Учитывая, что поле в за­зоре однородно,

Подставляя значение Н ь получим:

, (5.35)

где V M — объем тела магнита.

Таким образом, энергия в рабочем зазоре равна энер­гии внутри магнита.

Зависимость произведения В(-Н) в функции индук­ции показана на рис.5.6 . Очевидно, что для точки С, в которой В(-Н) достигает максимального значения, энергия в воздушном зазоре также достигает наиболь­шей величины, и с точки зрения использования постоян­ного магнита эта точка является оптимальной. Можно показать, что точка С, соответствующая макси­муму произведения , есть точка пересечения с кривой размагничивания луча О К, проведенного через точку с координатами и .

Рассмотрим более подробно влияние зазора б на ве­личину индукции В (рис.5.6). Если намагничивание магнита производилось при зазоре б , то после снятия внешнего поля в теле магнита установится индукция, соответствующая точке А. Положение этой точки опреде­ляется зазором б.

Уменьшим зазор до значения , тогда

. (5.36)

При уменьшении зазора индукция в теле магнита воз­растает, однако процесс изменения индукции идет не по кривой размагничивания, а по ветви частной петли гистерезиса AMD. Индукция В 1 определяется точкой пересечения этой ветви с лучом, проведенным под углом к оси — Н (точка D).

Если мы снова увеличим за­зор до значения б , то индукция будет падать до значения В, при­чем зависимость В (Н) будет определяться ветвью DNA частной петли гистерезиса. Обычно частная петля гистерезиса AMDNA достаточно узка и ее заменяют прямой AD, которую на­зывают прямой возврата. Наклон к горизонтальной оси (+ Н) этой прямой называется коэффициентом возврата:

. (5.37)

Характеристика размагничивания материала обычно не приводится полностью, а задаются только величины индукции насыщения B s , остаточной индукции В г, коэр­цитивной силы Н с. Для расчета магнита необходимо знать всю кривую размагничивания, которая для боль­шинства магнитно-твердых материалов хорошо аппроксимируется формулой

Кривая размагничивания, выражаемая (5.30), мо­жет быть легко построена графически, если известны B s , В r .

б) Определение потока в рабочем зазоре для задан­ной магнитной цепи . В реальной системе с постоянным магнитом поток в рабочем зазоре отличается от потока в нейтральном сечении (середине магнита) из-за наличия потоков рассеяния и выпучивания (рис.).

Поток в нейтральном сечении равен:

, (5.39)

где поток в нейтральном сечении;

Поток выпучивания у полюсов;

Поток рассеяния;

Рабочий поток.

Коэффициент рассеяния о определяется равенством

Если принять, что потоки создаются одной и той же разностью магнитных потенциалов, то

. (5.41)

Индукцию в нейтральном сечении найдем, определив :

,

и воспользовавшись кривой размагничивания рис.5.6. Индукция в рабочем зазоре равна:

поскольку поток в рабочем зазоре в раз меньше, чем поток в нейтральном сечении.

Очень часто намагничивание системы происходит в несобранном состоянии, когда проводимость рабочего зазора уменьшена из-за отсутствия деталей из ферро­магнитного материала. В этом случае расчет ведется с ис­пользованием прямой возврата. Если потоки рассеяния значительны, то расчет реко­мендуется вести по участкам, так же как и в случае элек­тромагнита.

Потоки рассеяния в постоянных магнитах играют зна­чительно большую роль, чем в электромагнитах. Дело в том, что магнитная проницаемость магнитно-твердых материалов значительно ниже, чем у магнитно-мягких, из которых изготавливаются системы для электромагни­тов. Потоки рассеяния вызывают значительное падение магнитного потенциала вдоль постоянного магнита и уменьшают н. с, а следовательно, и поток в рабочем зазоре.

Коэффициент рассеяния выполненных систем ко­леблется в довольно широких пределах. Расчет ко­эффициента рассеяния и потоков рассеяния связан с большими трудностями. Поэтому при разработке новой конструкции величину коэффициента рассеяния реко­мендуется определить на специальной модели, в которой постоянный магнит заменен электромагнитом. Намагничивающая обмотка выбирается такой, чтобы по­лучить в рабочем зазоре необходимый поток.

Рис.5.8. Магнитной цепи с постоянным магнитом и потоками рассеяния и выпучивания

в) Определение размеров магнита по требуемой ин­дукции в рабочем зазоре. Эта задача является еще более трудной, чем определение потока при известных разме­рах. При выборе размеров магнитной цепи обычно стремятся к тому, чтобы индукция В 0 и напряженность Н 0 в нейтральном сечении соответствовали максимальному значению произведения Н 0 В 0 . При этом объем магнита будет минимальным. Даются следую­щие рекомендации по выбору материалов. Если требу­ется при больших зазорах получить большое значение индукции, то наиболее подходящим материалом является магнико. Если при большом зазоре необходимо создать небольшие индукции, то можно рекомендовать альниси. При малых рабочих зазорах и большом значении индук­ции целесообразно применение альни.

Сечение магнита выбирается из следующих сообра­жений. Индукция в нейтральном сечении выбирается равной В 0 . Тогда поток в нейтральном сечении

,

откуда сечение магнита

.
Величины индукции в рабочем зазоре В р и площадь полюса являются заданными величинами. Наиболее трудным является определение значения коэффициента рассеяния. Величина его зависит от конструкции и индукции в сердечнике. Если сечение магнита получилось большим, то применяют не­сколько магнитов, включенных параллельно. Длина маг­нита определяется из условия создания необходимой н.с. в рабочем зазоре при напряженности в теле магнита Н 0:

где б р — величина рабочего зазора.

После выбора основных размеров и конструирования магнита проводится поверочный расчет по методике, опи­санной ранее.

г) Стабилизация характеристик магнита. В процессе работы магнита наблюдается уменьшение потока в ра­бочем зазоре системы — старение магнита. Различают структурное, механическое и магнитное старение.

Структурное старение наступает вследствие того, что после закалки материала в нем возникают внутренние напряжения, материал приобретает неоднородную струк­туру. В процессе работы материал становится более од­нородным, внутренние напряжения исчезают. При этом остаточная индукция В т и коэрцитивная сила Н с умень­шаются. Для борьбы со структурным старением мате­риал подвергается термообработке в виде отпуска. При этом внутренние напряжения в материале исчезают. Его характеристики становятся более стабильными. Алюминиево-никелевые сплавы (альни и др.) не требуют струк­турной стабилизации.

Механическое старение наступает при ударах и ви­брациях магнита. Для того чтобы сделать магнит нечув­ствительным к механическим воздействиям, его подвер­гают искусственному старению. Образцы магнита перед установкой в аппарат подвергаются таким ударам и ви­брации, которые имеют место в эксплуатации.

Магнитное старение — изменение свойств материала под действием внешних магнитных полей. Положитель­ное внешнее поле увеличивает индукцию по прямой воз врата, а отрицательное снижает ее по кривой размагни­чивания. Для того чтобы сделать магнит более стабиль­ным, его подвергают действию размагничивающего поля, после чего магнит работает на прямой возврата. Из-за меньшей крутизны прямой возврата влияние внешних полей уменьшается. При расчете магнитных систем с по­стоянными магнитами необходимо учитывать, что в про­цессе стабилизации магнитный поток уменьшается на 10-15%.

Сейчас объясню: По жизни так уж повелось, что особо сильно нельзя, — то особо (просто жуть, как) и хочется… А дело здесь в следующем. Какой-то рок судьбы навис над «постоянниками», аура тайны и недоговорённости. Все физики (дядьки и тётки разные) в постоянных магнитах совершенно не рубят (проверенно неоднократно, лично), и всё, наверное, потому, что во всех учебниках физики этот вопросик обходится стороной. Электромагнетизм — это да, это, пожалуйста, а вот о постоянниках ни слова…

Посмотрим, что можно выжать из самой умной книжки «И.В.Савельев. Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм», — круче этой макулатуры, вы вряд ли сможете что-либо откопать. Значит так, в 1820 году некий чувак под фамилией Эрстед замутил опыт с проводником, и рядом стоящей с ним компасной стрелкой. Пуская электрический ток по проводнику в разных направлениях, он убедился в том, что стрелка чётко сориентируется понятно с чем. Из опыта баклан заключил, что магнитное поле имеет направленный характер. В более позднее время выяснили (интересно, как?), что магнитное поле в отличие от электрического не оказывает действия на покоящийся заряд. Сила возникает лишь тогда, когда заряд движется (возьмём на заметку). Движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства и создают в нём магнитное поле. То есть отсюда следует, что магнитное поле порождается движущимися зарядами.

Вот видите, всё дальше в электричество уклоняемся. Ведь в магните-то ни фига не двигается и ток в нём не течёт. Вот, что по этому поводу сморозил Ампер: он предположил, что в молекулах вещества циркулируют круговые токи (молекулярные токи). Каждый такой ток обладает магнитным моментом и создаёт в окружающем пространстве магнитное поле. В отсутствие внешнего поля молекулярные токи ориентированы беспорядочным образом, вследствие чего обусловленное ими результирующее поле равно нулю (прикольно, да?). Но этого мало: В силу хаотической ориентации магнитных моментов отдельных молекул суммарный магнитный момент тела также равен нулю. — Чувствуете, как ересь всё крепчает и крепчает? ? Под действием поля магнитные моменты молекул приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, вследствие чего магнетик намагничивается — его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля. Магнитные поля отдельных молекулярных токов в этом случае уже не компенсируют друг друга и возникает поле. Ура!

Ну, каково?! — Оказывается материал магнетика всё время намагничен (!), только хаотично. То есть, если начать делить большой кусок на более маленькие, и добравшись до самых микро-при-микро дребеней, получим таки нормально работающие магниты (намагниченные) без какого бы то ни было намагничивания!!! — Вот, ведь бред.

Небольшая справка, так, для общего развития: Намагничение магнетика характеризуется магнитным моментом единицы объёма. Эту величину называют намагниченностью и обозначают буквой «J».

Продолжим наше погружение. Маленько из электричества: А вы знаете, что линии магнитной индукции поля прямого тока представляют собой систему охватывающих провод концентрических окружностей? Нет? — Теперь знайте, но не верьте. По-простому если сказать, то представьте зонтик. Ручка зонтика это направление тока, а вот край самого зонтика (к примеру), т.е. окружность — это, типа, линия магнитной индукции. Причём начинается такая линия из воздуха, и заканчивается, понятно, тоже нигде! — Вы себе этот бред физически представляете? Под это дело подписали целых трех мужиков: закон Био-Савара-Лапласа называется. Вся запарка идёт оттого, что где-то неправильно представили саму сущность поля, — почему оно появляется, что оно есть, собственно, где начинается, куда и как распространяется.

Даже в абсолютно простых вещах они (эти злобные физики) морочат всем головы: Направленность магнитного поля характеризуют векторной величиной («В» — измеряется в теслах). Логично бы было по аналогии с напряжённостью электрического поля «Е» назвать «В» напряжённостью магнитного поля (типа, функции у них похожие). Однако (внимание!) основную силовую характеристику магнитного поля назвали магнитной индукцией… Но и этого им показалось мало, и чтобы окончательно всё запутать, название «напряжённость магнитного поля» присвоили вспомогательной величине «Н», аналогичной вспомогательной характеристике «D» электрического поля. Каково…

Далее выясняя силу Лоренца, приходят к выводу, что магнитная сила слабее кулоновской на множитель, равный квадрату отношения скорости заряда к скорости света (т.е. магнитная составляющая силы меньше электрической составляющей). Таким образом приписывая магнитным взаимодействиям релятивистский эффект!!! Для совсем маленьких поясню: Жил в начале века дядя Эйнштейн и придумал он теорию относительности, привязав все процессы к скорости света (чистейший бред). То есть, если разогнаться до скорости света, то время остановится, а если превысить её, то пойдёт вспять… Всем уже давно понятно, что это была просто мировая наколка шутника Эйнштейна, и что всё это, мягко сказать, — неправда. Вот теперь ещё и магниты с их свойствами к этой лабудятине приковали, — за что же их так?…

Ещё маленькая справка: Господин Ампер вывел замечательную формулу, и оказалось, что если к магниту поднести провод, ну или железяку, какую, то магнит не провод притягивать будет, а заряды, которые движутся по проводнику. Назвали это пафосно: «Закон Ампера» ! Маленько не учли, что если проводник к батарейке не подключён и ток по нему не течёт, то он всё равно к магниту прилипает. Отмазку такую придумали, что, мол, заряды всё равно есть, только двигаются хаотично. Вот они-то к магниту и липнут. Интересно, это же откуда там, в микрообъёмах ЭДС берётся, чтобы эти заряды хаотично колбасить. Это же просто вечный двигатель! И ведь не нагреваем ничего, — энергией не накачиваем… Или вот ещё прикол: К примеру, алюминий — тоже металл, а вот зарядов у него, почему-то, хаотичных нет. Ну НЕ ЛИПНЕТ алюминий к магниту!!! … или сделан он из дерева…

Ах, да! Я же ещё не рассказал, как направлен вектор магнитной индукции (такое надо знать). Так вот, вспомнив наш зонтик, представим, что по окружности (край зонта) мы пустили ток. В результате этой простенькой операции вектор направлен нашей мыслью в сторону ручки точно по центру палочки. Если же проводник с током имеет неправильные очертания, то всё пропало, — простота испаряется. Появляется дополнительный векторок под названием дипольный магнитный момент (в случае с зонтиком он тоже есть, просто направлен туда же, куда и вектор магнитной индукции). Начинается страшный расколбас в формулах, — всякие интегралы по контуру, синусы-косинусы и т.д. — Кому надо, может сам поинтересоваться. И ещё стоит упомянуть, что ток надо пускать по правилу правого буравчика, т.е. по часовой стрелке, тогда вектор будет от нас. Это связано с понятием положительной нормали. Ладно, едем дальше…

Товарищ Гаусс подумал маленько и решил, что отсутствие в природе магнитных зарядов (на самом деле Дирак предположил, что они есть, только их ещё не обнаружили) приводит к тому, что линии вектора «В» не имеют ни начала, ни конца. Поэтому число пересечений, возникающих при выходе линий «В» из объёма, ограниченного некоторой поверхностью «S», всегда равно числу пересечений, возникающих при входе линий в этот объём. Следовательно, поток вектора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность равен нулю. Интерпретируем теперь всё в нормальный русский язык: Любая поверхность, как легко представить, где-то оканчивается, и следовательно, является замкнутой. «Равен нулю» — это значит, что его нет. Делаем не сложный вывод: «Потока никогда нигде нет» !!! — Правда круто! (На самом деле это значит только то, что поток равномерен). Я думаю, что на этом следует остановиться, так как дальше идут ТАКИЕ дребеня и глубиня, что… Такие штуки, как дивергенция, ротор, векторный потенциал глобально сложны и даже в этом мега-труде разбираются не полностью.

Теперь немного о форме магнитного поля в проводниках с током (как база для нашего дальнейшего разговора). Эта тема бывает гораздо туманнее, чем мы привыкли то думать. Про прямой проводник я уже написал, — поле в форме тонкого цилиндра вдоль проводника. Если намотать катушечку на цилиндрической картонке и пустить ток, то поле у такой конструкции (а называется она умно, — соленоид) будет таким же, как и у аналогичного цилиндрического магнита, т.е. линии выходят с торца магнита (или предполагаемого цилиндра) и входят в другой торец, образуя в пространстве подобие эллипсов. Чем длиннее катушка или магнит, тем более плоские и вытянутые эллипсы получаются. У кольца с напругой прикольное поле: а именно в форме тора (представьте поле прямого проводника свёрнутого в калачик). С тороидом вообще хохма (это теперь уже соленоид, свёрнутый в бублик), — у него вне него самого магнитной индукции нет (!). Если взять бесконечно длинный соленоид, — то та же фигня. Только мы знаем, что бесконечного ничего не бывает, вот поэтому у соленоида-то с торцов и брызжет, фонтанирует типа;))) . А еще, — внутри соленоида и тороида поле однородно. Во как.

Ну, что ещё полезно знать? — Условия на границе двух магнетиков выглядят в точности, как луч света на границе двух сред (преломляется и изменяет своё направление), только у нас не луч, а вектор магнитной индукции и разная магнитная проницаемость (а не оптическая) наших магнетиков (сред). Или вот ещё: имеем сердечник и катушечку на нём (электромагнит, типа), как вы думаете, где тусуются линии магнитной индукции? — В основном сосредоточенны внутри сердечника, потому, что у него магнитная проницаемость обалденная, ну и ещё плотно так упакованы в воздушный зазор между сердечником и катушечкой. Вот только в самой обмотке ни фига нет. Поэтому боковой поверхностью катушки вы ничегошеньки не примагнитите, — а только сердечником.

Хей, вы ещё не уснули? Нет? Тогда продолжим. Оказывается, все материалы в природе делятся не на два класса: магнитные и не магнитные, а на три (в зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости): 1. Диамагнетики, у которых она мала и отрицательна по величине (короче, практически нулевая, и намагнитить их ни за что не сможете), 2. Парамагнетики, у которых она тоже невелика но положительна (тоже около нуля; намагнитить можно маленько, но вы это всё равно не почувствуете, так что один фиг), 3. Ферромагнетики, у которых она положительна и достигает просто гигантских значений (в 1010 раз больше чем у парамагнетиков!), кроме того у ферромагнетиков восприимчивость является функцией напряжённости магнитного поля. На самом деле есть ещё один вид веществ, — это диэлектрики, у них совершенно обратные свойства и они нам не интересны.

Нас, конечно, интересуют ферромагнетики, которые называются так из за включений железа (феррум). Железо может быть заменено на аналогичные по свойствам хим. элементы: никель, кобальт, гадолиний, их сплавы и соединения, а также некоторые сплавы и соединения марганца и хрома. Вся эта байда с намагниченностью работает, только если вещество в кристаллическом состоянии. (Намагниченность остаётся благодаря эффекту под названием «Петля Гистерезиса», — ну это вы все и так знаете). Интересно узнать, что существует некая «температура Кюри», причём это не какая-то определённая температура, а для каждого материала своя, при превышении которой все ферромагнитные свойства исчезают. Совсем обалденно узнать, что существуют вещества и пятой группы, — называются антиферромагнетики (эрбий, диспозий, сплавы марганца и МЕДИ!!!). У этих спец материалов есть ещё одна температура: «антиферромагнитная точка Кюри» или «точка Нееля», — ниже которой устойчивые свойства этого класса также исчезают. (Выше верхней точки вещество ведёт себя, как парамагнетик, а при температурах, меньших нижней точки Нееля, становится ферромагнетиком).

Я почему это всё так спокойно рассказываю? — Обращаю ваше внимание, что я никогда не говорил, что химия неправильная наука (только физика), — а это чистейшая химия. Представьте себе: берёте медь, охлаждаете её нехило, намагничиваете, — и у вас в руках (в варежках? лежит магнит. А ведь медь то не магнитная!!! — Правда, клёво.

Ещё нам из этой книжки могут понадобиться парочка вещей чисто электромагнитных, для создания альтернатора, например. Явление номер 1: В 1831 году Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток. Это явление называют электромагнитной индукцией, а возникающий ток индукционным. А теперь самое главное: Величина ЭДС индукции не зависит от способа, которым осуществляется изменение магнитного потока, и определяется лишь скоростью изменения потока! — Созревает мысль: Чем быстрее крутится ротор со шторками, тем большего значения достигает наведённая ЭДС, и тем больше снимаемое напряжение со вторичной цепи альтернатора (с катушек). Правда, дядя Ленц нагадил нам своим «Правилом Ленца»: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Позже объясню, как это дело в альтернаторе (да и в других моделях) обходится.

Явление номер 2: Индукционные токи могут возбуждаться и в сплошных массивных проводниках. В этом случае их называют токами Фуко или вихревыми токами. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко могут достигать очень большой силы. В соответствии с правилом Ленца токи Фуко выбирают внутри проводника такие пути и направления, чтобы своим действием возможно сильнее противиться причине, которая их вызывает. Поэтому движущиеся в сильном магните поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это надо знать и учитывать. К примеру, в альтернаторе, если сделать по общепринятой неправильной схеме, то в движущихся шторках возникают токи Фуко, ну и тормозят процесс, конечно. Об этом, на сколько я понимаю, вообще никто не задумывался. (Примечание: Единственным исключением является униполярная индукция, открытая Фарадеем и усовершенствованная Теслой, при которой не возникает вредного влияния самоиндукции).

Явление номер 3: Электрический ток, текущий в любом контуре, создаёт пронизывающий этот контур магнитный поток. При изменениях тока изменяется также и магнитный поток, вследствие чего в контуре индуцируется ЭДС. Это явление называется самоиндукцией. В статье об альтернаторах расскажу и об этом явлении.

Кстати, о токах Фуко. Можно провести один прикольный опыт. Лёгкий до безобразия. Возьмем большой, толстый (толщиной не менее 2 мм) медный или алюминиевый лист и поставим его под углом к полу. Пустим свободно скользить вниз по его наклонной поверхности «сильный» постоянный магнит. И … Странно!!! Постоянный магнит как будто притягивается к листу и скользит заметно медленнее чем, например, по деревянной поверхности. Почему? Типа, «специалист» сразу ответит — «В листовом проводнике, при движении магнита, возникают вихревые электрические токи (токи Фуко), которые препятствуют изменению магнитного поля, а, следовательно, и препятствуют перемещению постоянного магнита вдоль поверхности проводника». Но задумаемся! Вихревой электрический ток, это вихревое движение электронов проводимости. Что мешает свободному перемещению вихря электронов проводимости вдоль поверхности проводника? Инертная масса электронов проводимости? Потери энергии при столкновении электронов с кристаллической решеткой проводника? Нет, этого не наблюдается, и вообще быть не может. Так, что мешает свободному движению вихревых токов вдоль проводника? Не знаете? И никто ответить не сможет, — потому, что вся физика — брехня.

Теперь парочка интересных мыслей по поводу сущности постоянных магнитов. В машине Говарда Р. Джонсона, точнее в патентной документации к ней, высказана вот какая идея: «Данное изобретение относится к методу использования спинов непарных электронов в ферромагнетике и других материалах, которые являются источниками магнитных полей, для производства мощности без потока электронов, как это происходит в обычных электрических проводниках, и к моторам с постоянными магнитами для использования данного метода при создании источника мощности. В практике данного изобретения спины непарных электронов, находящихся внутри постоянных магнитов, используются для того, чтобы создать источник движущей мощности единственно путем сверхпроводящих характеристик постоянных магнитов и магнитного потока, созданного магнитами, который управляется и концентрируется таким образом, чтобы ориентировать магнитные силы для постоянного производства полезной работы, такой как смещение ротора относительно статора». Отметим, что Джонсон пишет в своем патенте о постоянном магните, как о системе со «сверхпроводящими характеристиками» ! Токи электронов в постоянном магните — проявление реальной сверхпроводимости, для которой не требуется система охлаждения проводников, чтобы обеспечить нулевое сопротивление. Более того, «сопротивление» должно быть отрицательным, чтобы магнит мог сохранять и возобновлять свое намагниченное состояние.

А что, вы думаете, что всё о «постоянниках» знаете? Вот простой вопрос: — А как выглядит картина силовых линий простого ферромагнитного кольца (магнит от обычного динамика) ? Почему-то, исключительно все полагают, что также, как и у любого кольцевого проводника (а в книжках, естественно, ни в одной не нарисовано). И вот тут то вы и ошибаетесь!

На самом деле (см. рисунок) в области, прилегающей к отверстию кольца, с линиями происходит что-то непонятное. Вместо того чтобы непрерывно пронизывать его, они расходятся, очерчивая фигуру, напоминающую туго набитый мешок. Он имеет, как бы две завязки – вверху и внизу (особые точки 1 и 2), — магнитное поле в них меняет направление.

Можно проделать классный опыт (типа, нормально не объяснимый;), — поднесём снизу к ферритовому кольцу стальной шарик, а к его нижней части металлическую гайку. Она тут же притянется к нему (рис. а). Здесь все понятно – шарик, попав в магнитное поле кольца, стал магнитом. Далее станем вносить шарик снизу вверх в кольцо. Здесь гайка отвалится и упадёт на стол (рис. б). Вот она, нижняя особая точка! В ней изменилось направление поля, шарик стал перемагничиваться и перестал притягивать гайку. Подняв шарик выше особой точки, гайку вновь можно примагнитить к нему (рис. в). Эту приколку с магнитными линиями первым обнаружил М.Ф. Остриков.

P.S.: И в заключение постараюсь почётче сформулировать свою позицию по отношению к современной физике. Я не против опытных данных. Если поднесли магнит, и он притянул железяку, — значит притянул. Если магнитный поток наводит ЭДС, — значит наводит. С этим не поспоришь. Но (!) вот выводы, которые делают учёные, … их объяснения этих и других процессов, порой просто смешны (мягко сказать). И не порой, а частенько. Практически всегда…

Как снять магнит (клипсу, бирку, алярм) с одежды

Как только не называют эти устройства: магнит на одежду, клипса с краской, магнитная бирка, алярм на одежду, магнитная защита на одежду в магазине, антиукрадайка, блямба, большие «дуры», что на одежду цепляют :), антикражная бирка, девушки чаще выражаются еще проще — «эти большие пластмассовые штуки, что размагничивают на кассе».

Зачастую продавцы просто забывают ее снять. И вернувшись из магазина, мы также однажды столкнулись с этой проблемой. Черная, овальная штуковина, с выпирающим носиком и металлической шляпкой с обратной стороны, плотно облегала ткань и не высовывалась. Эта «клипса» разработана специально, чтобы ее невозможно было легко снять. Как и многие, кто столкнулся с данной проблемой, мы полезли в интернет в поисках ее решения …

Принцип действия данной системы оказался не хитрым, как говорится, все гениальное — просто. Внутри пластмассового корпуса нет какого-то сильного магнита, удерживающего стержень с обратной стороны. Устройство механическое. Внутри стоит механизм блокировки — две металлические пластины конусообразной формы с шариками внутри, они то и зажимают железный гвоздеобразный штырь с обратной стороны. При поднесении постоянного магнита достаточной мощности в магазине к выпирающему пластмассовому корпусу устройства, один из конусов смещается в сторону магнита, тем самым разжимая шарики между конусами — металлический штырь ослабевает и вываливается, освобождая одежду.

Способы снятия можно отнести к 3-м видам:

1. Магнит. Поднести сильный магнит. 

2. Инструмент. Отверткой и молотком, кусачками, бокорезами или ножницами, расковыряв пластмассовый корпус и разведя пластины в стороны или перекусив штырь. Или сильно потянув за сам штырь.

3. Удар. Ударить о бетонную стену или пол выступающей частью «аларма» и если удар будет точным и достаточно сильным, то механизм блокировки в момент удара, ослабит штырь и он выскочит.

К недостаткам первого способа можно отнести — где взять такой достаточно сильный и мощный магнит? Хорошо если магазин, в котором приобретена вещь расположен рядом и можно вернутся и попросить снять, но даже если и так, то возможно нужно будет доказать, что эта вещь действительно куплена.

Недостатки способов 2 и 3: нужно быть очень аккуратным в своих действиях, т.к. можно повредить только что купленную новую вещь, поранится самому или повредить стены, пол, инструмент и т.п. Также известно, что некоторые виды этих устройств могут содержать внутри специальную краску и при попытке механического воздействия испачкать руки и одежду, тем самым испортив ее.

Имея в наличии большое разнообразие размеров и форм самых сильных в мире магнитов, мы не могли не опробовать разъединить «алярм» с их помощью.

Задача была проста: подобрать наименьший магнит из ассортимента магазина магнитов МАГНИТОН, который бы расцепил блокировку устройства.

Ферритовые магниты оказались слабыми, как и электрозамок на входной двери. В ход пошли неодимовые магниты простой намагниченности N38 дискообразной и прямоугольной формы, это основной ассортимент магнитов, встречающийся в свободной продаже. Размеры квадратов 10х10х10мм и 12х12х12мм, как и дисков (шайбочек) размером 15х5мм, 20х5мм, 20х7мм, 30х3мм, 30х5мм не подходили пока мы не добрались до размера магнита 20х10мм. Эта шайба, диаметром 20 мм и высотой 10 мм сняла блокировку «антиукрадайки» легко и безболезненно для ткани.

Понятно, что остальные магниты более крупных размеров, например 30х10мм, 35х20мм, 45х15мм и т.д. так же подойдут для снятия этой магнитной бирки.

Надеемся, что информация будет полезной для людей, столкнувшихся с данной проблемой. Информация представлена для ознакомительных целей.

Для болеее «мощных» других типов торговых магнитных бирок против краж, которые не опробованы возможно применение более сильных магнитов, таких, как например 35х20 мм, 45х15 мм…

При наличии будем добавлять информацию…

+ новый алярм типа «Ракушка» нам передали знакомые. Причем алярмчик приехал из за границы. Не долго думая, нам удалось рассоединить его магнитом 45 х 25 мм:

Интересной особенностью этой бирки было то, что если бы мы делали эту процедуру каким нибудь механическим способом, например попытались бы разбить или раскусить ее, то не избежно находящаяся внутри краска в стеклянных колбочках разбилась и все измазала.

Если Вы не хотите экспериментировать с разными магнитами и способами разьединения алярмов с одежды, наш магазн предлагает приобрести универсальный усиленный магнитный сьемник, открывающий практически все типы существующих защит.

Мы в социальных сетях:

Физик рассказал, могут ли магниты нарушить работу холодильника

МОСКВА, 18 мар — ПРАЙМ.  Сувенирные магниты украшают почти каждый холодильник. Для россиян это не только популярное хобби, но и отличный способ сохранить воспоминания о путешествиях и разных приятных моментах. Однако если вдруг техника начинает барахлить, всегда закрадывается сомнение: может, причина неполадок кроется именно в этих магнитных картинках? 

Эксперты рассказали, как накопить на квартиру с помощью инвестиций

О том, способны ли они навредить работе домашней техники, рассказал в эфире радио Sputnik популяризатор науки, преподаватель физики в «Хорошколе» (частное общеобразовательное учреждение «Хорошевская школа»), разработчик программ по физике фестиваля наук «WOW! HOW?» Юрий Михайловский. 

«Если мы говорим про обычные магниты на холодильник — ферритовые, они создают достаточно слабое магнитное поле. Но сейчас достаточно легко купить магниты другого типа — неодим-железо-боровые стального цвета, они как раз достаточно мощные и уже могут оказать влияние на электронику. Если завешивать технику, то ферритовыми магнитиками», — отметил он.

Риск потерять ценные данные существует при размещении магнитов на корпусе системного блока компьютера. По словам Михайловского, большинство жестких дисков работают по принципу магнитной записи. «Мощный магнит своим полем может его размагнитить, поэтому с компьютером надо быть осторожнее, если вешаете магнит, главное, чтобы он не был впритык к жесткому диску. Хотя ферритовые магниты вряд ли могут что-то сделать», — отметил он.

Аккуратно обращаться с магнитами следует людям, в организме которых установлены различные железосодержащие медицинские устройства, в частности, кардиостимуляторы.  

Названа стоимость косметического ремонта квартиры в Москве

«В любом случае, если в нашем организме по той или иной причине есть хоть какие-то материалы, которые взаимодействуют с магнитом, что-то железосодержащее, не стоит к ним близко подносить магниты, как минимум чисто механически может возникнуть притяжение или отталкивание, это уже не очень хорошо. Это касается, например, людей с кардиостимуляторами. Однако у магнитного поля есть еще одно важное свойство — оно очень быстро падает с расстоянием. Чтобы магнит на нас как-то влиял, надо с ним прямо обниматься, а на расстоянии 10 сантиметров никакого взаимодействия не будет», — отметил Михайловский.

Магнитное поле постоянных магнитов — урок. Физика, 8 класс.

Постоянный магнит — изделие из материала, сохраняющего состояние намагниченности в течение длительного времени.

Постоянные магниты являются источниками постоянного магнитного поля.

Полюсами магнита называют его противоположные концы, на которых магнитная сила притяжения или отталкивания наибольшая. По аналогии с географическими, магнитные полюса назвали северный магнитный полюс \(N\) и южный магнитный полюс \(S\).

Обозначения северного магнитного полюса происходит от английского слова North — Север, южного — South, что значит Юг. На рис.\(1\) северный полюс магнита обозначен красным цветов, а южный — синим. Раскрашивать магниты и стрелки могут и в другие цвета.

Рис. \(1\). Металлические опилки вокруг постоянного магнита

Более \(2500\) лет назад в окрестностях города Магнессия минерал, который притягивали железные предметы, назвали магнетитом.

Как взаимодействуют магниты?

Если учесть, что магнитная стрелка является маленьким постоянным магнитом, то и ориентироваться (поворачиваться) в магнитном поле она будет как постоянный магнит. Поэтому южный полюс одной магнитной стрелки притянется к северному полюсу другой стрелки (рис. \(2\)).

Рис. \(2\). Магнитные стрелки

Точно так же магнитная стрелка будет взаимодействовать и с магнитом.

Если поднести к магнитной стрелке магнит северным полюсом, то к нему притянется южный полюс магнитной стрелки. А если поднести к магнитной стрелке магнит южным полюсом, то притянется северный полюс магнитной стрелки (рис. \(3\)).

Рис. \(3\). Воздействие постоянного магнита на магнитную стрелку

Таким образом можно доказать, что одноимённые магнитные полюсы отталкиваются, а разноимённые магнитные полюсы притягиваются.

Это правило распространяется и на электромагниты.

Почему же взаимодействуют магниты?

Вокруг магнита существует  магнитное поле. Поля двух магнитов взаимодействуют между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов.

Для визуализации магнитного поля постоянного магнита используют железные опилки.

На лист прозрачного пластика насыплем железные опилки и разровняем их, встряхнув лист. Затем поместим под листом дугообразный магнит. Железные опилки придут в движение и расположатся вдоль линий магнитного поля магнита (рис. \(4\)).

Рис. \(4\). Железные опилки на листе прозрачного пластика

В физике для исследования магнитного поля с точки зрения математического описания его свойств, выведения закономерностей используется геометрическое понятие «линия». Магнитное поле описывается термином «силовая линия», исходя из экспериментального факта возникновения силы со стороны поля. По причине отсутствия в природе магнитных зарядов силовые линии магнитного поля являются замкнутыми, что определяет название магнитного поля как вихревого (рис. \(1\)).

Направление линий магнитного поля изображено на рисунках \(5\) и \(6\) для одноимённых и разноимённых полюсов постоянных магнитов.

Рис. \(5\). Магнитное поле между одноимёнными полюсами магнитов

Рис. \(6\). Магнитное поле между разноимёнными полюсами магнитов

Источники:

Рис. 3. Воздействие постоянного магнита на магнитную стрелку. © ЯКласс. Стрелки. https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/demonstration-physical-study-identification-electromagnetic-field-1206649513. 2021-08-19

Что это — магнит? Виды и свойства магнитов.

Еще в древние времена люди обнаружили уникальные свойства определенных камней — притягивание металла. В наше время мы часто сталкиваемся с предметами, которые обладают этими качествами. Что такое магнит? В чем его сила? Об этом мы расскажем в этой статье.

Определение

Что такое магнит? Это материал, имеющий определенную степень намагниченности. Эта способность возникает благодаря тому, что молекулы магнита имеют свое поле и движутся не хаотично, как во многих других веществах, а строго в двух направлениях. Эта взаимная противоположность обладает свойствами притяжения и отталкивания металлических предметов. Если попробовать соединить магниты с одинаковыми полюсами, то можно почувствовать отторжение. Противоположные стороны, в свою очередь, притянутся друг друга. Это связано с тем, в каком направлении движутся волны магнитных полей. Стоит отметить, что ни один кусок магнита не может быть однополярным. При его разламывании молекулы в каждом кусочке снова образуют северный и южный полюса.

Виды магнитов

Что такое магниты и в чем их отличие? Работа многих электроприборов, датчиков, домашней техники зависит от типа магнитов, которые в них присутствуют. Каждый обладает своими особенностями. Они выполняет определенные функции, в зависимости от сферы использования. К основным видам относятся электромагниты, постоянные и временные магниты. Стоит рассмотреть подробнее каждый вид.

Что такое постоянный магнит? Это материал, способный продолжительное время сохранять намагниченность. Его молекулы движутся в постоянном направлении и образуют магнитное поле при отсутствии электрического тока. Его еще называют природным магнитом.

Примером временного магнита являются скрепки, кнопки, гвозди, нож и другие предметы обихода, изготовленные из железа. Их сила в том, что они притягиваются к постоянному магниту, а при исчезновении магнитного поля, теряют свое свойство.

Полем электромагнита можно управлять с помощью электрического тока. Как это происходит? Провод, витками намотанный на железный сердечник, при подаче и изменении величины тока меняет силу магнитного поля и его полярность.

Типы постоянных магнитов

Ферритовые магниты являются самыми известными и активно используемыми в быту. Этот материал черного цвета может использоваться в качестве крепежей различных предметов, например, для плакатов, для настенных досок, используемых в офисе или школе. Они не теряют своих свойств притяжения при температуре не ниже 250^оС.

Альнико — магнит, состоящий из сплава алюминия, никеля и кобальта. Это дало ему такое название. Очень устойчив к высоким температурам и может применяться при 550^оС . Материал отличается легкостью, но полностью теряет свои свойства, попадая под действие более сильного магнитного поля. Используется в основном в научной отрасли.

Самариевые магнитные сплавы — это материал с высокими показателями. Надежность его свойств позволяет использовать материал в военных разработках. Он устойчив к агрессивной среде, высокой температуре, окислению и коррозии.

Что такое неодимовый магнит? Это самый популярный сплав железа, бора и неодима. Его еще называют супермагнитом, так как он имеет мощнейшее магнитное поле с высокой коэрцитивной силой. Соблюдая определенные условия во время эксплуатации, неодимовый магнит способен сохранить свои свойства на протяжении 100 лет.

Что такое магнит, мы выяснили. Далее рассмотрим применение самых востребованных и популярных сплавов.

Использование неодимовых магнитов

Стоит подробно рассмотреть, что такое неодимовый магнит? Это материал, который способен фиксировать потребление воды, электричества и газа в счетчиках, да и не только. Этот вид магнита относится к постоянным и редкоземельным материалам. Он устойчив перед силой магнитных полей других сплавов и не подвержен размагничиванию.

Изделия из неодима используют в медицинских и промышленных отраслях. Также в бытовых условиях их применяют для крепления портьер, элементов декора, сувениров. Они применяются в поисковых приборах и в электронике.

Для продления срока службы магниты такого типа покрывают цинком или никелем. В первом случае напыление более надежное, так как устойчиво к агрессивным средствам и выдерживает температуру выше 100^оС. Сила магнита зависит от его формы, размера и количества неодима, входящего в состав сплава.

Применение ферритовых магнитов

Ферриты считаются самыми популярными магнитами среди постоянных видов. Благодаря стронцию, входящему в состав, материал не поддается коррозии. Так что это такое — ферритовый магнит? Где он применяется? Этот сплав довольно хрупок. Поэтому его еще называют керамическим. Применяется ферритовый магнит в автомобилестроении и промышленности. Используется в различной технике и электроприборах, а также бытовых установках, генераторах, системах акустики. При производстве автомобилей магниты используют в системах охлаждения, стеклоподъемниках и вентиляторах.

Назначение феррита — защитить технику от внешних помех и не допустить порчи сигнала, получаемого по кабелю. Благодаря этому свойству магниты используют при производстве навигаторов, мониторов, принтеров и другого оборудования, где важно получить чистый сигнал или изображение.

Магнитотерапия

Нередко применяется физиотерапия магнитом. Что это такое? Эта процедура называется магнитотерапия и проводится в лечебных целях. Действие этого метода заключается в том, чтобы повлиять на организм пациента с помощью магнитных полей, находящихся под низкочастотным переменным или постоянным током. Этот метод лечения помогает избавиться от многих заболеваний, снять боли, укрепить иммунную систему, улучшить кровоток.

Считается, что болезни порождаются нарушением магнитного поля человека. Благодаря физиотерапии организм приходит в норму и общее состояние улучшается.

Из данной статьи вы узнали, что такое магнит, а также изучили его свойства и сферы применения.

магнитов: факты (Научный путь: Общественное телевидение Айдахо)

Вы, вероятно, играли с магнитами раньше, и вполне вероятно, что у вас есть один или два магнита на холодильнике, удерживающие записку или картинку. Возможно, вы видели магниты в форме подков, прямоугольных стержней или круглых дисков. С магнитами весело играть, и они полезны для склеивания вещей. Но знаете ли вы, что магниты повсюду, выполняя важную работу, от которой мы получаем пользу каждый день? Знаете ли вы, что сила магнетизма даже позволяет существовать жизни на Земле? Как работают магниты? Давайте узнаем больше.

Что такое магниты?

Магнит — это объект, который может притягивать к себе металлы определенных типов (притягивать) или отталкивать эти металлы (отталкивать). Магнетизм относится к невидимой силе магнитов и является свойством определенных веществ. Магнетизм — это основная сила природы, такая же, как гравитация или электричество. Хотя на самом деле мы не можем видеть магнитную силу, мы можем видеть, что она делает с вещами вокруг себя. Магнетизм может работать на расстоянии, а это означает, что магниту не обязательно касаться объекта, чтобы притягивать или отталкивать его.

Не все металлы могут быть магнитами. Только некоторые металлы обладают магнитными свойствами, а именно железо, никель, кобальт и некоторые редкоземельные металлы, такие как неодим. Сегодня магниты обычно делают из сплавов, содержащих эти металлы. Многие металлы, такие как алюминий и медь, не притягиваются к магнитам. Вот почему магнит может поднять железный гвоздь или стальную скрепку, но не алюминиевую банку из-под газировки или медную монету. Другие материалы, такие как пластик, дерево и бумага, не притягиваются к магнитам.

Люди знали о магнитах тысячи лет. Согласно легенде, однажды греческий пастух обнаружил, что гвозди в его ботинках прилипли к скале, на которой он стоял. Эта порода была магнитом, содержащим минерал магнетит. Китайцы знали, как использовать магнит для изготовления компасов 2000 лет назад. Древним людям магнетизм казался магией. Только в прошлом веке наука поняла, почему магниты работают.

Вся материя состоит из атомов.Атомы содержат электроны — крошечные заряженные частицы, которые в большинстве веществ вращаются в разных случайных направлениях. Однако в магнитных материалах, таких как железо, электроны вращаются в одном направлении. Атомы объединяются в домены, и когда кусок железа приближается к магниту, домены выстраиваются в одном направлении, и мы видим невидимую силу магнетизма. Хотя природные магниты, такие как магнитный камень, существуют, большинство современных магнитов создано человеком в результате процессов, которые заставляют домены выравниваться и указывать в одном направлении.Узнайте больше об атомной науке, лежащей в основе магнитов.

Магнитные силы наиболее сильны на концах магнитов. Два конца называются полюсами. Каждый магнит имеет северный полюс (N) и южный полюс (S). Если разрезать магнит пополам, то получится два меньших магнита, каждый с северным и южным полюсами. Вы никогда не найдете магнит только с южным или только с северным полюсом.

Если поднести северный полюс одного магнита к южному полюсу другого магнита, они притянутся и слипнутся.Однако если вы соедините два северных полюса или два южных полюса, они отталкиваются, и магниты отталкивают друг друга. Другими словами: В отличие от полюсов притягиваются, Подобно полюсам отталкиваются . Вы можете соединить одинаковые полюса двух стержневых магнитов и почувствовать невидимую силу, раздвигающую их. Но когда вы поворачиваете один из этих магнитов в другую сторону, вы можете почувствовать притяжение, поскольку два магнита слипаются.

Некоторые ферромагнитные материалы могут быть постоянно намагничены в результате процессов, включающих перемешивание, нагревание и охлаждение.Эти постоянные магниты, такие как магниты на холодильник и стержневые магниты, которые мы используем в школе, не теряют своих магнитных свойств.

Временные магниты могут быть созданы при контакте с постоянными магнитами, но они не сохраняют свой магнетизм. Например, если потереть кусок железа о существующий магнит, внутри атомов железа электроны выстроятся в направлении север-юг, и железо станет временным магнитом. Он будет вести себя как магнит и притягивать другие ферромагнитные металлы.Если одну скрепку повесить на магнит, то вторую скрепку можно повесить на первую, а третью на вторую. Однако, когда магнит удален, скрепки больше не будут действовать как магниты.

Магнитные поля

Каждый магнит создает вокруг себя невидимое магнитное поле. Область вокруг магнита, на которую действует магнитная сила, известна как магнитное поле. Предположим, вы положили на стол стержневой магнит, а рядом положили скрепку. Если вы медленно подтолкнете магнит к скрепке, наступит момент, когда скрепка перепрыгнет и прилипнет к магниту.Благодаря магнитному полю магнит может действовать на расстоянии, не касаясь другого объекта.

Магнитные объекты должны находиться внутри магнитного поля, чтобы либо оттягиваться, либо сталкиваться друг с другом, поэтому иногда вам нужно приблизить магнит, чтобы увидеть, как происходит магнитное действие. Магнитные поля становятся слабее с расстоянием. Чтобы стать намагниченным, другое магнитное вещество должно войти в магнитное поле существующего магнита.

Одни магнитные поля слабые, другие сильные.Мы измеряем магнитное поле в определенном месте по его силе и по направлению, которое оно указывает. Когда один магнит приближается к другому магниту, он реагирует на магнитное поле второго магнита. Сила и направление этого магнитного поля определяют, как поведет себя первый магнит — будет ли он притягиваться или отталкиваться. Таким образом, магнитное поле может создать силу, которая может сблизить два магнита или раздвинуть их.

Вы не можете видеть магнитное поле, но можете наблюдать его эффекты.Если вы посыпаете магнит железными опилками, вы увидите, что они выровняются возле двух полюсов, где магнитная сила наиболее сильна. Если вы посыпаете лист бумаги железными опилками и поместите магнит под лист бумаги, железные опилки выстроятся на бумаге в виде «силовых линий», показывая магнитное поле магнита.

Мы обычно изображаем силовые линии магнитного поля в виде изогнутых линий, направленных от северного полюса магнита к южному полюсу.Эти линии поля представляют собой замкнутые пути, подобные резиновым лентам, которые повторяются снова и снова. Силовые линии показаны ближе друг к другу там, где магнитная сила наиболее сильна (на полюсах). Узнайте больше о силовых линиях магнитного поля.

Магнитные поля могут проникать через все виды материалов, а не только через воздух. Когда магниты на вашем холодильнике удерживают купюры, вы можете видеть, что магнитные поля проходят сквозь бумагу. Силы магнитных полей могут распространяться через воду, металл, ткань и даже вашу кожу!

Земля — гигантский магнит

Самый большой магнит в мире — это тот, на котором вы сейчас стоите! В центре Земли ее внешнее ядро ​​состоит из движущегося жидкого железа, которое делает Землю гигантским магнитом.Движение создает магнитное поле вокруг планеты, которое распространяется в космос. Если бы мы нарисовали силовые линии Земли, они были бы ближе всего друг к другу на полюсах гигантского магнита: Северном полюсе и Южном полюсе.

Северный магнитный полюс немного отличается от географического Северного полюса или оси вращения Земли. На самом деле магнитные полюса продолжают двигаться из-за активности глубоко под землей. В настоящее время магнитный северный полюс находится примерно в 600 милях от географического полюса.Ежегодное движение полюсов составляет около 25 миль в год.

Магнитосфера — это магнитная сила Земли, распространяющаяся в космос. Он окутывает землю и ее атмосферу. Магнитосфера действует как щит, защищая землю от вредоносного солнечного ветра, который может нанести ущерб атмосфере и жизни на Земле. Однако иногда эти энергичные солнечные частицы взаимодействуют с магнитным полем Земли, создавая удивительные полярные сияния в небе, часто называемые северным или южным сиянием.Узнайте больше о земном магнетизме от НАСА.

Магнитное поле Земли является причиной работы компаса. Компас — это небольшое устройство, содержащее магнитную стрелку, которая совпадает с магнитными полюсами Земли. Северный полюс стрелки указывает на северный полюс Земли. Компас пригодится, если вы заблудитесь в лесу!

Некоторые животные, такие как голуби, пчелы, лосось и киты, используют магнитное поле Земли, чтобы ориентироваться во время миграции.Ученые не уверены, как они это делают, но одна из теорий состоит в том, что у этих существ есть магнитный материал в их телах, который действует как компас.

Электромагниты

Другой тип магнита создается при прохождении электричества по проводу. Эти магниты называются электромагнитами. Около 200 лет назад ученые обнаружили, что электричество и магнетизм являются близкими родственниками. Электрический ток создает магнитное поле, а движущийся магнит создает электрический ток.

Когда электричество проходит по медному проводу, вокруг провода создается магнитное поле. Намотав катушку из медной проволоки на железный сердечник, можно увеличить силу магнитного поля и создать электромагнит. Вы можете создать электромагнит дома, обернув провод вокруг железного гвоздя и используя батарею, чтобы создать электрическую цепь. Проверьте это, и вы обнаружите, что обмотанный проволокой гвоздь стал магнитом.

Электромагниты не являются постоянными магнитами.Их магнетизм исчезает при отключении тока. Это временные магниты, которые можно отключить, отключив электричество. Например, когда вы нажимаете кнопку электрического дверного звонка, вы создаете электромагнит, который притягивает к звонку небольшой молоточек. Электрическая цепь разрывается, когда кнопка не нажата. В отличие от постоянного магнита, сила магнитного поля электромагнита может быть увеличена за счет увеличения количества используемого электрического тока. Полюса электромагнита также можно поменять местами, перевернув батарею и изменив направление тока.

Электромагниты используются в наушниках, системах сигнализации и громкоговорителях. В вашем доме почти каждый электроприбор с электродвигателем использует магниты для преобразования электричества в движение. Двигатели используют силы, создаваемые магнитными полями, для создания вращательного движения. Это вращательное движение приводит в действие все виды машин, от электрической зубной щетки до потолочного вентилятора.

Точно так же, как электричество может создавать магнетизм в электромагните, движение магнитов в генераторе может производить электричество.Все электростанции используют топливо для вращения магнитов внутри витков проволоки, производя электрический ток. Большие электромагниты используются для выработки электроэнергии на плотинах гидроэлектростанций или с другими источниками энергии, такими как ветер и пар.

Электромагниты могут быть намного сильнее, чем постоянные магниты, с которыми мы знакомы. Ученые измеряют силу магнитного поля в единицах, называемых тесла и гаусс. Один тесла равен 10 000 Гс. Магнит на холодильник составляет около 10 Гс. Магнитное поле Земли составляет около половины одного гаусса.Самые мощные доступные постоянные магниты, часто используемые в медицинском оборудовании, создают поля около 1,5 тесла. Но электромагниты могут быть намного сильнее, до 30 тесла и более.

Использование магнитов

Магниты используются в науке, промышленности и быту. Дома магниты удерживают дверцу холодильника закрытой и заставляют работать динамики компьютера. Они используются почти во всех машинах с электродвигателями, таких как пылесосы и электрические вентиляторы. Мы многим обязаны магнитам! Узнайте больше о магнитах, используемых в быту.

Магниты могут быть микроскопическими или весить до нескольких тонн. Огромные магниты разделяют металлы в центрах переработки. На свалках некоторые электромагниты достаточно сильны, чтобы поднять автомобиль. Горнодобывающая промышленность использует магниты для отделения железной руды от породы. Фермеры используют коровьи магниты в желудках коров, чтобы улавливать металл, который коровы могли проглотить. НАСА использует магниты в своих космических кораблях. Несколько стран разработали поезда на магнитной подушке или поезда на магнитной подвеске, в которых высокоскоростные поезда плывут по рельсам, используя силы отталкивания электромагнитов.Магниты также используются в сотнях предметов, которые мы воспринимаем как должное каждый день, включая микроволновые печи, медицинское оборудование, электроинструменты, ветряные турбины, сотовые телефоны, кредитные карты, беговые дорожки и компьютеры. Найдите больше применений для магнитов.

Ученые продолжают исследовать магнетизм и разрабатывать новые способы использования магнитных свойств. Возможно, когда-нибудь вы станете ученым-магнитом!

Магнетизм для детей — простое введение

Криса Вудфорда.Последнее обновление: 1 марта 2021 г.

Наука – это наше понимание того, как мир работает — и вообще мир работает хорошо, понимаем мы это или нет. Возьмите магнетизм , для пример. Люди знали о магнитах тысячи лет и они использовали их практически, как компасы, почти так же долго. Древние греки и римляне знали не хуже нас, что магнит (а богатый железом минерал) может притягивать другие куски железа, в то время как Древние китайцы делали магнитные компасы в замысловатой форме. деревянные инкрустации для практики фэн-шуй (искусство тщательное обустройство комнаты) тысячи лет до интерьера за дело взялись дизайнеры.Наука иногда может медленно догонять: мы только действительно узнали, как работает магнетизм, в прошлом веке, когда мир внутри атомов был впервые открыт и исследован.

Фото: Типичный подковообразный магнит. Видите след коричневой ржавчины на верхней части верхней «ножки» магнита? Это происходит потому, что магнит сделан из железа, которое разъедает (ржавеет) во влажном воздухе.

Что такое магнетизм?

Фото: Магнитное поле между противоположными полюса двух стержневых магнитов, которые сильно притягиваются друг к другу.мы не можем обычно видят магнитные поля, но если посыпать железными опилками (крошечными кусочки, срезанные напильником с железного прута) на лист бумаги и держите это над магнитами вы можете видеть поле под ним. фото любезно предоставлено Wikimedia Commons (где вы найдете увеличенную версию этого изображения).

Игра с магнитами — одна из самых первых частей науки. дети обнаружить. Это потому, что магниты просты в использовании, безопасны и веселье. Они также довольно удивительны. Помните, когда вы впервые обнаружил, что два магнита могут сцепляться и склеиваться, как клей? Вспомните силу, с которой вы держали два магнита рядом и чувствовал, что они либо притягивают (притягивают к одному другой) или оттолкнуть (отталкивать)? Одна из самых удивительных вещей о магниты — это то, как они могут притягивать другие магниты (или другие магнитные материалы) «на расстоянии», невидимо, через то, что мы называем магнитное поле .

Древним людям магнетизм, должно быть, казался магией. Тысячи лет спустя мы понимаем, что происходит внутри магнитных материалов, как их атомная структура вызывает их магнетизм свойства, и как электричество и магнетизма на самом деле всего два стороны одной медали: электромагнетизм . Когда-то ученые сказал, что магнетизм был странной, невидимой силой притяжения между определенные материалы; сегодня мы скорее определяем его как силу создаваемые электрическими токами (сами вызванные движущимися электронами).

Что такое магнитное поле?

Фото: Красочный способ визуализировать невидимое магнитных полей с помощью программы компьютерной графики, разработанной в Лос-Анджелесе. Аламосская национальная лаборатория. На этой трехмерной диаграмме высота а цвет пиков показывает напряженность магнитного поля в каждой точке. Фото предоставлено США Министерство энергетики.

Предположим, вы поместили магнит стержней (в форме прямоугольник, иногда с северный и южный полюса окрашены в разные цвета) или подкова магнит (согнутый в тугую U-образную форму) на стол и поместите железный гвоздь рядом.Если вы нажмете магнит медленно к ногтю, наступит момент, когда гвоздь перепрыгивает и прилипает к магниту. Вот что мы подразумеваем под магниты с невидимым магнитным полем, распространяющимся на все вокруг них. Другой способ описать это — сказать, что магнит может «действовать на расстоянии»: он может вызывать толкающую или тянущую силу на другие объекты на самом деле не касается).

Магнитные поля могут проникать через все виды материалов, но не просто воздух. У вас, вероятно, есть маленькие записки, приклеенные к дверце вашего холодильника. с ярко окрашенными магнитами, так что вы можете видеть, что магнитные поля режут через бумагу.Возможно, вы проделали трюк, используя магнит. подобрать длинную цепочку скрепок, каждая из которых намагничивает следующий вдоль. Этот небольшой эксперимент говорит нам, что магнитное поле может проникать через магнитные материалы, такие как железо.

Как мы можем измерить магнетизм?

Сила поля вокруг магнита зависит от того, насколько близко вы получить: он наиболее силен очень близко к магниту и быстро падает, когда вы уходите. (Вот почему маленький магнит на вашем столе должен находиться достаточно близко к вещи, чтобы привлечь их.) Измеряем напряженность магнитных полей в единицах, называемых гаусс и тесла (современная единица СИ, названная в честь пионера электричества Николы Тесла, 1856–1943). Интересно отметить, что сила Магнитное поле Земли очень слабое — примерно в 100–1000 раз слабее, чем что из типичного бара или магнита на холодильник. На Земле действует гравитация, а не магнетизм. сила, которая прижимает вас к полу. Мы бы заметили магнетизм Земли гораздо больше, если бы его гравитация не была такой сильной.

Диаграмма: Сравнение силы некоторых «бытовых» источников магнетизма. Обратите внимание, что вертикальная шкала является логарифмической : каждый шаг вверх по шкале означает силу магнитное поле увеличилось в десять раз. Здесь главное отметить, насколько слаба Земля. магнетизм (зеленый блок в крайнем левом углу) по сравнению со всем остальным, с чем мы обычно сталкиваемся (не говоря уже о гигантских магнитах, используемых в больницах и лабораториях). Рекордное лабораторное магнитное поле, показанное справа, созданный в Японии в апреле 2018 года, примерно в 24 миллиона раз сильнее, чем магнитное поле Земли.Мои данные для этой диаграммы взяты из следующих источников: Земля (goo.gl/TkxfO3), Солнце (goo.gl/8uigAU), бытовая техника (goo.gl/P3l487), холодильник (goo.gl/OhrDKt), маленький неодим ( goo.gl/avODib), свалка (goo.gl/owWZer), МРТ (goo.gl/jQ8cTD), громкоговоритель (goo.gl/oIwNlS), самая большая МРТ (goo.gl/8zkACY), самая большая лаборатория (bit.ly /2zvH7On). Почти все производит магнетизм — даже наши собственные тела, которые составляют что-то около 0,000000001 тесла.

Что такое электромагнит?

Фото: На свалках иногда используют гигантские электромагниты для поднятия металла с места на место (хотя некоторые вместо этого используют захватные когти).Фото Марджори Коллинз, Управление безопасности ферм США/Управление военной информации, любезно предоставлено Библиотека Конгресса США.

Магнит Гомера Симпсона или Микки Мауса, который удерживает вещи на вашем холодильник представляет собой постоянный магнит : он удерживает свое магнетизм все время. Не все магниты так работают. Вы можете сделать временным магнит пропуская электричество через моток проволоки, намотанный вокруг железного гвоздя (устройство, которое иногда называют соленоид ).Включите ток и гвоздь становится магнитом; выключите его снова, и магнетизм исчезнет. (Это основная идея дверного звонка с электрическим звонком: вы создаете электромагнит, когда нажимаете на кнопку, которая притягивает молоточек к панели звонка — динь-дон!) Подобные временные магниты называются электромагнитами —магнитами работал электричество — и они намекают на более глубокую связь между электричеством и магнетизм, к которым мы подойдем через мгновение.

Как и постоянные магниты, временные электромагниты бывают разных типов. размеры и сильные стороны.Вы можете сделать электромагнит достаточно мощным, чтобы скрепки с одной 1,5-вольтовой батареей. Используйте гораздо больший напряжение, чтобы сделать больший электрический ток, и вы можете построить электромагнит достаточно мощный, чтобы поднять автомобиль. Вот так свалка электромагниты работают. Сила электромагнита зависит от двух главное: размер используемого вами электрического тока и количество раз вы наматываете провод. Увеличьте один или оба из них, и вы получить более мощный электромагнит.

Для чего мы используем магниты?

Может быть, вам интересны магниты; может быть, вы думаете, что они скучный! Что Используются ли они, спросите вы, помимо детских фокусов и свалки?

Вы можете быть удивлены тем, сколько вещей вокруг вас работают за счет магнетизма или электромагнетизма.Каждый электроприбор с в нем электродвигатель (все от электрической зубной щетки до ваша газонокосилка) использует магниты для преобразования электричества в движение. Двигатели используют электричество для создания временного магнетизма в проволочных катушках. Создаваемое таким образом магнитное поле давит на неподвижное поле постоянного магнита, вращая внутреннюю часть двигателя вокруг на высокой скорости. Вы можете использовать это вращательное движение для управления всеми видами машин.

В вашем холодильнике есть магниты держит дверь закрытой.Магниты считывают и записывают данные (цифровую информацию) на на жестком диске компьютера и на кассете кассеты в старомодных персональных стереосистемах. Больше магнитов в вашем Hi-Fi динамики или наушники помогают вернуть сохраненную музыку в звуки, которые вы можете услышать. Если вы больны серьезным внутренним заболеванием, вы можете есть тип сканирования тела, называемый ЯМР (ядерный магнитный резонанс), который рисует мир под вашей кожей, используя узоры магнитных полей. Магниты используются для переработки ваш металлический мусор (стальная пища банки сильно магнитные, но алюминиевые банки с напитками нет, поэтому магнит — это простой способ разделить два разных металлы).

Фото: ЯМР-сканирование, подобное этому, создает детальное изображение тела пациента (или, в данном случае, их голову) на компьютере экран с использованием магнитной активности атомов в их ткани тела. Вы можете видеть, как пациент входит в сканер вверху. и изображение их головы на экране ниже. Фото предоставлено Клинический центр Уоррена Гранта Магнусона (СС) и США Национальные институты здоровья (NIH).

Какие материалы являются магнитными?

Железо — король магнитных материалов — металл, о котором мы все думаем когда мы думаем о магнитах.Большинство других распространенных металлов (таких как медь, золото, серебро и алюминий) на первый взгляд немагнитные и большинство неметаллов (включая бумагу, дерево, пластик, бетон, стекло, и текстиль такой как хлопок и шерсть) тоже немагнитны. Но железо не единственное магнитный металл. Никель, кобальт и элементы, входящие в состав Периодическая таблица (упорядоченная расположение, которое химики используют для описания всех известных химических элементов) известный как редкоземельных металлов (особенно самария и неодима) тоже хороши магниты.Некоторые из лучшими магнитами являются сплавы (смеси) эти элементы с одним другой и с другими элементами. Ферриты (соединения из железа, кислород и другие элементы) также делают превосходные магниты. Магнит (который также называют магнетитом) является примером феррита, обычно встречается внутри Земли (имеет химическую формулу FeO·Fe2O3).

Такие материалы, как железо, превращаются в хорошие временные магниты, когда вы кладете магнит рядом их, но имеют тенденцию терять часть или весь свой магнетизм, когда вы принимаете магнит снова далеко.Мы говорим, что эти материалы являются магнитно-мягкими. Напротив, сплавы железа и редкоземельных металлов сохраняют большую часть их магнетизм, даже когда вы удаляете их из магнитного поля, поэтому они делают хорошие постоянные магниты. Мы называем эти материалы магнитно жесткий .

Верно ли сказать, что все материалы либо магнитны, либо немагнитный? Раньше люди так думали, но ученые теперь знают, что материалы, которые мы считаем немагнитными, также подвержены влиянию магнетизма, хотя крайне слабо.Степень, до которой материал может быть намагничен, назвал его восприимчивостью .

Как различные материалы реагируют на магнетизм

У ученых есть несколько разных слов, чтобы описать, как материалы ведут себя когда вы кладете их рядом с магнитом (другой способ сказать, когда вы помещаете их в магнитное поле). В широком смысле мы можем разделить все материалы на два вида, называемые парамагнетиками и диамагнитны, в то время как некоторые из парамагнетиков также ферромагнитный.Важно понимать, что на самом деле означают эти запутанные слова…

Парамагнитный

Изготовьте образец магнитного материала и подвесьте его на нитке так, чтобы он болтается в магнитном поле, и он будет намагничиваться и выстраиваться так, его магнетизм параллелен полю. Как люди знали на протяжении тысячелетий, это как ведет себя стрелка компаса в магнитном поле Земли. Материалы, которые ведут себя таким образом, называются парамагнетиками. Такие металлы, как алюминий и большинство неметаллов (которые, как вы можете подумать, вовсе не являются магнитными) на самом деле парамагнитный, но так слабо, что мы не замечаем.Парамагнетизм зависит от температуры: чем горячее материал, тем меньше вероятность того, что на него повлияет рядом магниты.

Фото: Мы думаем об алюминии (используемом в напитках) такие банки) как немагнитные. Это помогает нам отделить для переработки наши алюминиевые банки (которые не прилипают к магнитам) от наших стальных (которые прилипают). По факту, оба материала являются магнитными. Разница в том, что алюминий очень слабо парамагнитны, а сталь сильно ферромагнитна. Фото предоставлено ВВС США.

Ферромагнитный

Некоторые парамагнитные материалы, особенно железо и редкоземельные металлы металлов, сильно намагничиваются в поле и обычно остаются намагниченный даже когда поле удалено. Мы говорим, что такие материалы ферромагнитные, что на самом деле просто означает, что они «магнитны, как железо.» Однако ферромагнитный материал все равно потеряет свою магнетизм, если вы нагреваете его выше определенной точки, известной как температура Кюри. Железо имеет температуру Кюри 770°С (1300°F), а для никеля температура Кюри составляет ~355°C (~670°F).Если вы нагреваете железный магнит до 800°C (~1500°F), он перестает быть магнит. Вы также можете разрушить или ослабить ферромагнетизм, если попадете в магнит неоднократно.

Диамагнетик

Мы можем думать о парамагнитных и ферромагнитных материалах как о «поклонники» магнетизма: в некотором смысле они «любят» магнетизм и реагируют позитивно относиться к ней, позволяя намагничивать себя. Не все материалы отзываются так восторженно. Если вы повесите несколько материалы в магнитных полях, они сильно перерабатываются внутри и сопротивляться: они превращаются в временные магниты для сопротивления намагничиванию и слабого отталкивания магнитных поля вне себя.Мы называем эти материалы диамагнетиками. Воды и много органических (на основе углерода) вещества, такие как бензол, ведут себя таким образом. Свяжите диамагнитного материала на нить и подвесить ее в магнитном поле и он повернется так, что образует угол 180 ° с полем.

Что вызывает магнетизм?

В начале 20 века, прежде чем ученые должным образом поняли строение атомов и как они работают, они придумали простую для понимания идею под названием теория доменов для объяснения магнетизма.Немного лет спустя, когда они лучше поняли атомы, они обнаружили, что теория доменов все еще работало, но само по себе могло быть объяснено на более глубоком уровне теория атомов. Все различные аспекты магнетизма, которые мы наблюдаем, могут объяснить, в конечном счете, говоря либо о доменах, либо об электронах в атомах или в том и другом. Давайте рассмотрим две теории по очереди.

Объяснение магнетизма с помощью теории доменов

Представьте себе завод где-нибудь, который делает маленькие стержневые магниты и корабли. их в школы на уроки естествознания.Представь парня по имени Дэйв, у которого есть водить свой грузовик, перевозя множество картонных коробок, каждая с магнитом внутри, в другую школу. Дэйв не есть время побеспокоиться о том, как сложены коробки, поэтому он их складывает внутри своего грузовика по-старинке. Магнит внутри одной коробки может быть указывая на север а тот, что рядом с ним, указывает на юг, восток или запад. Общий, магниты все перепутаны так, хоть магнитные поля и просачиваются из каждой коробки, они все компенсируют друг друга.

На том же заводе работает другой водитель грузовика по имени Билл, который не может быть более разным.Он любит порядок, поэтому загружает свой грузовик по-другому. Аккуратно сложите все коробки, чтобы они выстроились точно так же. Может видишь что будет? Магнитное поле от одного ящика будет совпадать с поле от всех остальных ящиков… эффектно поворачивая грузовик в один гигантский магнит. Кабина будет похожа на гигантский северный полюс и задняя часть грузовика огромный южный полюс!

То, что происходит внутри этих двух грузовиков, происходит в крошечном масштабе. внутри магнитных материалов. Согласно теории доменов, что-то как железный слиток содержит множество крошечных карманов, называемых доменами.Каждый домен немного похож на коробку с магнит внутри. Видишь, куда мы направляемся? Железный стержень такой же, как грузовик. В норме все его бортовые «ящики» расставлены хаотично и нет общего магнетизма: железо не намагничено. Но расставьте все ящики по порядку, сделайте так, чтобы все они смотрели одинаково, и вы получаете общее магнитное поле: вуаля, стержень намагничен. Когда вы подносите магнит к ненамагниченному железному стержню и гладите его систематически и многократно вверх и вниз, то, что вы делаете, переставляя все магнитные «ящики» (домены) внутри так, чтобы они указать так же.

Теория предметной области объясняет, что происходит внутри материалы, когда они намагничиваются. В ненамагниченном материале (слева) домены расположены случайным образом, поэтому нет общего магнитного поля. поле. Когда вы намагничиваете материал (справа), поглаживая стержневой магнит над ним несколько раз в одном и том же направлении домены перестраиваются так, их магнитные поля выравниваются, создавая комбинированное магнитное поле в то же направление.

Эта теория объясняет, как может возникнуть магнетизм, но может ли она объяснить несколько из Что еще мы знаем о магнитах? Если разрезать магнит пополам, мы знаете, у вас есть два магнита, каждый с северным и южным полюсом.Тот имеет смысл в соответствии с теорией доменов. Если разрезать магнит пополам, вы получите меньший магнит, который все еще заполнен доменами, и их можно расположить с севера на юг, как в оригинале магнит. Как насчет того, как магнетизм исчезает, когда вы ударяете по магниту? или нагреть? Это тоже можно объяснить. Представьте себе фургон, полный упорядоченных ящики снова. Управляйте им хаотично, на очень высокой скорости, и это немного похоже на встряхивание или удары по нему. Все коробки перемешаются так они смотрят в разные стороны, и общий магнетизм исчезнет.Отопление магнит взбалтывает его внутри и перемешивает коробки во многих местах. так же.

Объяснение магнетизма с помощью атомной теории

Теорию доменов достаточно легко понять, но это не полный объяснение. Мы знаем, что железные прутья не полны ящиков с маленькие магниты — и, если подумать, пытаясь объяснить магнит говоря, что он полон более мелких магнитов, на самом деле не является объяснением в всего, потому что сразу возникает вопрос: а какие меньшие магниты сделаны из? К счастью, есть еще одна теория, которую мы можем обратиться к.

Еще в 19 веке ученые обнаружили, что могут использовать электричество, чтобы сделать магнетизм и магнетизм, чтобы сделать электричество. Джеймс Клерк Максвелл сказал, что эти два явления на самом деле были разными аспектами. из одно и то же — электромагнетизм — как две стороны такая же бумажка. Электромагнетизм был блестящей идеей, но было скорее описанием, чем объяснением: оно показывало, как были, а не объясняли, почему они туда. это не было до 20 века, когда позже ученые пришли к пониманию мир внутри атомов, что объяснение наконец электромагнетизм появившийся.

Мы знаем, что все состоит из атомов и что атомы состоят из центральный сгусток вещества, называемый ядром. Мельчайшие частицы называются электроны двигаться вокруг ядра по орбите, немного похоже на спутники в небе над нами, но при этом еще и вращаются вокруг своей оси (просто как волчки). Мы знаем, что электроны переносят электрический ток (потоки электричества), когда они проходят через материалов, таких как металлы. Электроны, в некотором смысле, крошечные частицы электричества. Теперь обратно в XIX века ученые знали, что движущееся электричество производит магнетизм.В 20 веке стало ясно, что магнетизм вызвано электронами, движущимися внутри атомов и создающими магнитные поля все вокруг них. Домены на самом деле представляют собой группы атомов, в которых вращается электроны создают общее магнитное поле, направленное в одну сторону или Другая.

Произведение: Магнетизм вызван электронами, вращающимися внутри атомов. Обратите внимание, что это изображение , а не нарисовано в масштабе: большая часть атома — это пустое пространство, а электроны на самом деле намного дальше от ядра, чем я нарисовал здесь.

Как и теория доменов, атомная теория может объяснить многие вещи. мы знаем о магнитах, включая парамагнетизм (способ магнитного материалы выравниваются с магнитными полями). Большинство электронов в атоме существует в парах, которые вращаются в противоположных направлениях, поэтому магнитный эффект один электрон в паре компенсирует влияние своего партнера. Но если атом имеет несколько неспаренных электронов (у атомов железа их четыре), эти создают чистые магнитные поля, которые совпадают друг с другом и поворачивают весь атом в мини-магнит.Когда ставишь парамагнетик материала, такого как железо, в магнитном поле электроны меняют свое движение для создания магнитного поля, которое совпадает с полем за пределами.

А как насчет диамагнетизма? В диамагнетиках нет неспаренных электронов, так этого не бывает. Атомы обладают небольшим или нулевым общим магнетизмом и менее воздействие внешних магнитных полей. Однако электроны, вращающиеся внутри Это электрически заряженные частицы, и когда они движутся в магнитном поле, они ведут себя как любые другие электрически заряженные частицы в магнитном поле. поле и испытать силу.Это очень незначительно меняет их орбиты, создавая некоторый суммарный магнетизм, противодействующий то самое, что его вызывает (согласно классическому элементу электромагнитной теории, известному как закон Ленца, что связано с законом сохранения энергии). В результате создаваемое ими слабое магнитное поле 90 231 противостоит 90 232 магнитному полю, которое его вызывает, что Это именно то, что мы видим, когда диамагнетики пытаются «бороться» с магнитным полем, в котором они находятся.

Краткая история магнетизма

• Древний мир: Магнетизм известен древним грекам, римлянам, и китайский.Китайцы используют геомантические компасы (с деревянными надписи, расположенные кольцами вокруг центральной магнитной стрелки) в Фэн Шуй. Магниты получили свое название от города Маниса в Турции. когда-то назывался Магнезия, где в земле был найден магнитный магнит.
• 13 век: магнитные компасы впервые используются для навигации в западных странах. Француз Петрус Перигрин (также называемый Питер Марикура) делает первые надлежащие исследования магнетизма.
• 17 век: английский врач и ученый Уильям Гилберт (1544–1603) публикует «На магнитах». монументальное научное исследование магнетизм и предполагает, что Земля является гигантским магнитом.
• 18 век: англичанин Джон Мичелл (1724–93) и Француз Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) изучает силы магниты могут воздействовать. Кулон также проводит важные исследования электричества, но не может связать электричество и магнетизм как части одного и того же лежащее в основе явление.
• 19 век: датчанин Ганс Христиан Эрстед (1777–1851), французы Андре-Мари Ампер (1775–1836) и Доминик Араго (1786–1853) и англичанин Майкл Фарадей (1791–1867) исследовать тесная связь между электричеством и магнетизмом. Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) публикует относительно полный объяснение электричества и магнетизма (теория электромагнетизм) и предполагает, что электромагнитная энергия распространяется в волны (прокладывая путь к изобретению радио). Пьер Кюри (1859–1906) демонстрирует что материалы теряют свой магнетизм выше определенной температуры (теперь известной как температура Кюри). температура). Вильгельм Вебер (1804–1891) разрабатывает практические методы обнаружения и измерения напряженности магнитного поля.
• 20 век: Поль Ланжевен (1872–1946) подробно описывает Работа Кюри с теорией, объясняющей влияние тепла на магнетизм. Французский физик Пьер Вайс (1865–1940) предлагает существуют частицы, называемые магнетронами, эквивалентные электронам, которые вызывают магнитное свойства материалов и излагает теорию магнитных доменов. Два американских ученых, Сэмюэл Абрахам Гоудсмит (1902–78) и Джордж Юджин Уленбек (1900–88), показывают, как магнитные свойства материалы возникают в результате вращательного движения электронов внутри них.

Магнетизм для детей — простое введение

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 1 марта 2021 г.

Наука – это наше понимание того, как мир работает — и вообще мир работает хорошо, понимаем мы это или нет. Возьмите магнетизм , для пример. Люди знали о магнитах тысячи лет и они использовали их практически, как компасы, почти так же долго. Древние греки и римляне знали не хуже нас, что магнит (а богатый железом минерал) может притягивать другие куски железа, в то время как Древние китайцы делали магнитные компасы в замысловатой форме. деревянные инкрустации для практики фэн-шуй (искусство тщательное обустройство комнаты) тысячи лет до интерьера за дело взялись дизайнеры.Наука иногда может медленно догонять: мы только действительно узнали, как работает магнетизм, в прошлом веке, когда мир внутри атомов был впервые открыт и исследован.

Фото: Типичный подковообразный магнит. Видите след коричневой ржавчины на верхней части верхней «ножки» магнита? Это происходит потому, что магнит сделан из железа, которое разъедает (ржавеет) во влажном воздухе.

Что такое магнетизм?

Фото: Магнитное поле между противоположными полюса двух стержневых магнитов, которые сильно притягиваются друг к другу.мы не можем обычно видят магнитные поля, но если посыпать железными опилками (крошечными кусочки, срезанные напильником с железного прута) на лист бумаги и держите это над магнитами вы можете видеть поле под ним. фото любезно предоставлено Wikimedia Commons (где вы найдете увеличенную версию этого изображения).

Игра с магнитами — одна из самых первых частей науки. дети обнаружить. Это потому, что магниты просты в использовании, безопасны и веселье. Они также довольно удивительны. Помните, когда вы впервые обнаружил, что два магнита могут сцепляться и склеиваться, как клей? Вспомните силу, с которой вы держали два магнита рядом и чувствовал, что они либо притягивают (притягивают к одному другой) или оттолкнуть (отталкивать)? Одна из самых удивительных вещей о магниты — это то, как они могут притягивать другие магниты (или другие магнитные материалы) «на расстоянии», невидимо, через то, что мы называем магнитное поле .

Древним людям магнетизм, должно быть, казался магией. Тысячи лет спустя мы понимаем, что происходит внутри магнитных материалов, как их атомная структура вызывает их магнетизм свойства, и как электричество и магнетизма на самом деле всего два стороны одной медали: электромагнетизм . Когда-то ученые сказал, что магнетизм был странной, невидимой силой притяжения между определенные материалы; сегодня мы скорее определяем его как силу создаваемые электрическими токами (сами вызванные движущимися электронами).

Что такое магнитное поле?

Фото: Красочный способ визуализировать невидимое магнитных полей с помощью программы компьютерной графики, разработанной в Лос-Анджелесе. Аламосская национальная лаборатория. На этой трехмерной диаграмме высота а цвет пиков показывает напряженность магнитного поля в каждой точке. Фото предоставлено США Министерство энергетики.

Предположим, вы поместили магнит стержней (в форме прямоугольник, иногда с северный и южный полюса окрашены в разные цвета) или подкова магнит (согнутый в тугую U-образную форму) на стол и поместите железный гвоздь рядом.Если вы нажмете магнит медленно к ногтю, наступит момент, когда гвоздь перепрыгивает и прилипает к магниту. Вот что мы подразумеваем под магниты с невидимым магнитным полем, распространяющимся на все вокруг них. Другой способ описать это — сказать, что магнит может «действовать на расстоянии»: он может вызывать толкающую или тянущую силу на другие объекты на самом деле не касается).

Магнитные поля могут проникать через все виды материалов, но не просто воздух. У вас, вероятно, есть маленькие записки, приклеенные к дверце вашего холодильника. с ярко окрашенными магнитами, так что вы можете видеть, что магнитные поля режут через бумагу.Возможно, вы проделали трюк, используя магнит. подобрать длинную цепочку скрепок, каждая из которых намагничивает следующий вдоль. Этот небольшой эксперимент говорит нам, что магнитное поле может проникать через магнитные материалы, такие как железо.

Как мы можем измерить магнетизм?

Сила поля вокруг магнита зависит от того, насколько близко вы получить: он наиболее силен очень близко к магниту и быстро падает, когда вы уходите. (Вот почему маленький магнит на вашем столе должен находиться достаточно близко к вещи, чтобы привлечь их.) Измеряем напряженность магнитных полей в единицах, называемых гаусс и тесла (современная единица СИ, названная в честь пионера электричества Николы Тесла, 1856–1943). Интересно отметить, что сила Магнитное поле Земли очень слабое — примерно в 100–1000 раз слабее, чем что из типичного бара или магнита на холодильник. На Земле действует гравитация, а не магнетизм. сила, которая прижимает вас к полу. Мы бы заметили магнетизм Земли гораздо больше, если бы его гравитация не была такой сильной.

Диаграмма: Сравнение силы некоторых «бытовых» источников магнетизма. Обратите внимание, что вертикальная шкала является логарифмической : каждый шаг вверх по шкале означает силу магнитное поле увеличилось в десять раз. Здесь главное отметить, насколько слаба Земля. магнетизм (зеленый блок в крайнем левом углу) по сравнению со всем остальным, с чем мы обычно сталкиваемся (не говоря уже о гигантских магнитах, используемых в больницах и лабораториях). Рекордное лабораторное магнитное поле, показанное справа, созданный в Японии в апреле 2018 года, примерно в 24 миллиона раз сильнее, чем магнитное поле Земли.Мои данные для этой диаграммы взяты из следующих источников: Земля (goo.gl/TkxfO3), Солнце (goo.gl/8uigAU), бытовая техника (goo.gl/P3l487), холодильник (goo.gl/OhrDKt), маленький неодим ( goo.gl/avODib), свалка (goo.gl/owWZer), МРТ (goo.gl/jQ8cTD), громкоговоритель (goo.gl/oIwNlS), самая большая МРТ (goo.gl/8zkACY), самая большая лаборатория (bit.ly /2zvH7On). Почти все производит магнетизм — даже наши собственные тела, которые составляют что-то около 0,000000001 тесла.

Что такое электромагнит?

Фото: На свалках иногда используют гигантские электромагниты для поднятия металла с места на место (хотя некоторые вместо этого используют захватные когти).Фото Марджори Коллинз, Управление безопасности ферм США/Управление военной информации, любезно предоставлено Библиотека Конгресса США.

Магнит Гомера Симпсона или Микки Мауса, который удерживает вещи на вашем холодильник представляет собой постоянный магнит : он удерживает свое магнетизм все время. Не все магниты так работают. Вы можете сделать временным магнит пропуская электричество через моток проволоки, намотанный вокруг железного гвоздя (устройство, которое иногда называют соленоид ).Включите ток и гвоздь становится магнитом; выключите его снова, и магнетизм исчезнет. (Это основная идея дверного звонка с электрическим звонком: вы создаете электромагнит, когда нажимаете на кнопку, которая притягивает молоточек к панели звонка — динь-дон!) Подобные временные магниты называются электромагнитами —магнитами работал электричество — и они намекают на более глубокую связь между электричеством и магнетизм, к которым мы подойдем через мгновение.

Как и постоянные магниты, временные электромагниты бывают разных типов. размеры и сильные стороны.Вы можете сделать электромагнит достаточно мощным, чтобы скрепки с одной 1,5-вольтовой батареей. Используйте гораздо больший напряжение, чтобы сделать больший электрический ток, и вы можете построить электромагнит достаточно мощный, чтобы поднять автомобиль. Вот так свалка электромагниты работают. Сила электромагнита зависит от двух главное: размер используемого вами электрического тока и количество раз вы наматываете провод. Увеличьте один или оба из них, и вы получить более мощный электромагнит.

Для чего мы используем магниты?

Может быть, вам интересны магниты; может быть, вы думаете, что они скучный! Что Используются ли они, спросите вы, помимо детских фокусов и свалки?

Вы можете быть удивлены тем, сколько вещей вокруг вас работают за счет магнетизма или электромагнетизма.Каждый электроприбор с в нем электродвигатель (все от электрической зубной щетки до ваша газонокосилка) использует магниты для преобразования электричества в движение. Двигатели используют электричество для создания временного магнетизма в проволочных катушках. Создаваемое таким образом магнитное поле давит на неподвижное поле постоянного магнита, вращая внутреннюю часть двигателя вокруг на высокой скорости. Вы можете использовать это вращательное движение для управления всеми видами машин.

В вашем холодильнике есть магниты держит дверь закрытой.Магниты считывают и записывают данные (цифровую информацию) на на жестком диске компьютера и на кассете кассеты в старомодных персональных стереосистемах. Больше магнитов в вашем Hi-Fi динамики или наушники помогают вернуть сохраненную музыку в звуки, которые вы можете услышать. Если вы больны серьезным внутренним заболеванием, вы можете есть тип сканирования тела, называемый ЯМР (ядерный магнитный резонанс), который рисует мир под вашей кожей, используя узоры магнитных полей. Магниты используются для переработки ваш металлический мусор (стальная пища банки сильно магнитные, но алюминиевые банки с напитками нет, поэтому магнит — это простой способ разделить два разных металлы).

Фото: ЯМР-сканирование, подобное этому, создает детальное изображение тела пациента (или, в данном случае, их голову) на компьютере экран с использованием магнитной активности атомов в их ткани тела. Вы можете видеть, как пациент входит в сканер вверху. и изображение их головы на экране ниже. Фото предоставлено Клинический центр Уоррена Гранта Магнусона (СС) и США Национальные институты здоровья (NIH).

Какие материалы являются магнитными?

Железо — король магнитных материалов — металл, о котором мы все думаем когда мы думаем о магнитах.Большинство других распространенных металлов (таких как медь, золото, серебро и алюминий) на первый взгляд немагнитные и большинство неметаллов (включая бумагу, дерево, пластик, бетон, стекло, и текстиль такой как хлопок и шерсть) тоже немагнитны. Но железо не единственное магнитный металл. Никель, кобальт и элементы, входящие в состав Периодическая таблица (упорядоченная расположение, которое химики используют для описания всех известных химических элементов) известный как редкоземельных металлов (особенно самария и неодима) тоже хороши магниты.Некоторые из лучшими магнитами являются сплавы (смеси) эти элементы с одним другой и с другими элементами. Ферриты (соединения из железа, кислород и другие элементы) также делают превосходные магниты. Магнит (который также называют магнетитом) является примером феррита, обычно встречается внутри Земли (имеет химическую формулу FeO·Fe2O3).

Такие материалы, как железо, превращаются в хорошие временные магниты, когда вы кладете магнит рядом их, но имеют тенденцию терять часть или весь свой магнетизм, когда вы принимаете магнит снова далеко.Мы говорим, что эти материалы являются магнитно-мягкими. Напротив, сплавы железа и редкоземельных металлов сохраняют большую часть их магнетизм, даже когда вы удаляете их из магнитного поля, поэтому они делают хорошие постоянные магниты. Мы называем эти материалы магнитно жесткий .

Верно ли сказать, что все материалы либо магнитны, либо немагнитный? Раньше люди так думали, но ученые теперь знают, что материалы, которые мы считаем немагнитными, также подвержены влиянию магнетизма, хотя крайне слабо.Степень, до которой материал может быть намагничен, назвал его восприимчивостью .

Как различные материалы реагируют на магнетизм

У ученых есть несколько разных слов, чтобы описать, как материалы ведут себя когда вы кладете их рядом с магнитом (другой способ сказать, когда вы помещаете их в магнитное поле). В широком смысле мы можем разделить все материалы на два вида, называемые парамагнетиками и диамагнитны, в то время как некоторые из парамагнетиков также ферромагнитный.Важно понимать, что на самом деле означают эти запутанные слова…

Парамагнитный

Изготовьте образец магнитного материала и подвесьте его на нитке так, чтобы он болтается в магнитном поле, и он будет намагничиваться и выстраиваться так, его магнетизм параллелен полю. Как люди знали на протяжении тысячелетий, это как ведет себя стрелка компаса в магнитном поле Земли. Материалы, которые ведут себя таким образом, называются парамагнетиками. Такие металлы, как алюминий и большинство неметаллов (которые, как вы можете подумать, вовсе не являются магнитными) на самом деле парамагнитный, но так слабо, что мы не замечаем.Парамагнетизм зависит от температуры: чем горячее материал, тем меньше вероятность того, что на него повлияет рядом магниты.

Фото: Мы думаем об алюминии (используемом в напитках) такие банки) как немагнитные. Это помогает нам отделить для переработки наши алюминиевые банки (которые не прилипают к магнитам) от наших стальных (которые прилипают). По факту, оба материала являются магнитными. Разница в том, что алюминий очень слабо парамагнитны, а сталь сильно ферромагнитна. Фото предоставлено ВВС США.

Ферромагнитный

Некоторые парамагнитные материалы, особенно железо и редкоземельные металлы металлов, сильно намагничиваются в поле и обычно остаются намагниченный даже когда поле удалено. Мы говорим, что такие материалы ферромагнитные, что на самом деле просто означает, что они «магнитны, как железо.» Однако ферромагнитный материал все равно потеряет свою магнетизм, если вы нагреваете его выше определенной точки, известной как температура Кюри. Железо имеет температуру Кюри 770°С (1300°F), а для никеля температура Кюри составляет ~355°C (~670°F).Если вы нагреваете железный магнит до 800°C (~1500°F), он перестает быть магнит. Вы также можете разрушить или ослабить ферромагнетизм, если попадете в магнит неоднократно.

Диамагнетик

Мы можем думать о парамагнитных и ферромагнитных материалах как о «поклонники» магнетизма: в некотором смысле они «любят» магнетизм и реагируют позитивно относиться к ней, позволяя намагничивать себя. Не все материалы отзываются так восторженно. Если вы повесите несколько материалы в магнитных полях, они сильно перерабатываются внутри и сопротивляться: они превращаются в временные магниты для сопротивления намагничиванию и слабого отталкивания магнитных поля вне себя.Мы называем эти материалы диамагнетиками. Воды и много органических (на основе углерода) вещества, такие как бензол, ведут себя таким образом. Свяжите диамагнитного материала на нить и подвесить ее в магнитном поле и он повернется так, что образует угол 180 ° с полем.

Что вызывает магнетизм?

В начале 20 века, прежде чем ученые должным образом поняли строение атомов и как они работают, они придумали простую для понимания идею под названием теория доменов для объяснения магнетизма.Немного лет спустя, когда они лучше поняли атомы, они обнаружили, что теория доменов все еще работало, но само по себе могло быть объяснено на более глубоком уровне теория атомов. Все различные аспекты магнетизма, которые мы наблюдаем, могут объяснить, в конечном счете, говоря либо о доменах, либо об электронах в атомах или в том и другом. Давайте рассмотрим две теории по очереди.

Объяснение магнетизма с помощью теории доменов

Представьте себе завод где-нибудь, который делает маленькие стержневые магниты и корабли. их в школы на уроки естествознания.Представь парня по имени Дэйв, у которого есть водить свой грузовик, перевозя множество картонных коробок, каждая с магнитом внутри, в другую школу. Дэйв не есть время побеспокоиться о том, как сложены коробки, поэтому он их складывает внутри своего грузовика по-старинке. Магнит внутри одной коробки может быть указывая на север а тот, что рядом с ним, указывает на юг, восток или запад. Общий, магниты все перепутаны так, хоть магнитные поля и просачиваются из каждой коробки, они все компенсируют друг друга.

На том же заводе работает другой водитель грузовика по имени Билл, который не может быть более разным.Он любит порядок, поэтому загружает свой грузовик по-другому. Аккуратно сложите все коробки, чтобы они выстроились точно так же. Может видишь что будет? Магнитное поле от одного ящика будет совпадать с поле от всех остальных ящиков… эффектно поворачивая грузовик в один гигантский магнит. Кабина будет похожа на гигантский северный полюс и задняя часть грузовика огромный южный полюс!

То, что происходит внутри этих двух грузовиков, происходит в крошечном масштабе. внутри магнитных материалов. Согласно теории доменов, что-то как железный слиток содержит множество крошечных карманов, называемых доменами.Каждый домен немного похож на коробку с магнит внутри. Видишь, куда мы направляемся? Железный стержень такой же, как грузовик. В норме все его бортовые «ящики» расставлены хаотично и нет общего магнетизма: железо не намагничено. Но расставьте все ящики по порядку, сделайте так, чтобы все они смотрели одинаково, и вы получаете общее магнитное поле: вуаля, стержень намагничен. Когда вы подносите магнит к ненамагниченному железному стержню и гладите его систематически и многократно вверх и вниз, то, что вы делаете, переставляя все магнитные «ящики» (домены) внутри так, чтобы они указать так же.

Теория предметной области объясняет, что происходит внутри материалы, когда они намагничиваются. В ненамагниченном материале (слева) домены расположены случайным образом, поэтому нет общего магнитного поля. поле. Когда вы намагничиваете материал (справа), поглаживая стержневой магнит над ним несколько раз в одном и том же направлении домены перестраиваются так, их магнитные поля выравниваются, создавая комбинированное магнитное поле в то же направление.

Эта теория объясняет, как может возникнуть магнетизм, но может ли она объяснить несколько из Что еще мы знаем о магнитах? Если разрезать магнит пополам, мы знаете, у вас есть два магнита, каждый с северным и южным полюсом.Тот имеет смысл в соответствии с теорией доменов. Если разрезать магнит пополам, вы получите меньший магнит, который все еще заполнен доменами, и их можно расположить с севера на юг, как в оригинале магнит. Как насчет того, как магнетизм исчезает, когда вы ударяете по магниту? или нагреть? Это тоже можно объяснить. Представьте себе фургон, полный упорядоченных ящики снова. Управляйте им хаотично, на очень высокой скорости, и это немного похоже на встряхивание или удары по нему. Все коробки перемешаются так они смотрят в разные стороны, и общий магнетизм исчезнет.Отопление магнит взбалтывает его внутри и перемешивает коробки во многих местах. так же.

Объяснение магнетизма с помощью атомной теории

Теорию доменов достаточно легко понять, но это не полный объяснение. Мы знаем, что железные прутья не полны ящиков с маленькие магниты — и, если подумать, пытаясь объяснить магнит говоря, что он полон более мелких магнитов, на самом деле не является объяснением в всего, потому что сразу возникает вопрос: а какие меньшие магниты сделаны из? К счастью, есть еще одна теория, которую мы можем обратиться к.

Еще в 19 веке ученые обнаружили, что могут использовать электричество, чтобы сделать магнетизм и магнетизм, чтобы сделать электричество. Джеймс Клерк Максвелл сказал, что эти два явления на самом деле были разными аспектами. из одно и то же — электромагнетизм — как две стороны такая же бумажка. Электромагнетизм был блестящей идеей, но было скорее описанием, чем объяснением: оно показывало, как были, а не объясняли, почему они туда. это не было до 20 века, когда позже ученые пришли к пониманию мир внутри атомов, что объяснение наконец электромагнетизм появившийся.

Мы знаем, что все состоит из атомов и что атомы состоят из центральный сгусток вещества, называемый ядром. Мельчайшие частицы называются электроны двигаться вокруг ядра по орбите, немного похоже на спутники в небе над нами, но при этом еще и вращаются вокруг своей оси (просто как волчки). Мы знаем, что электроны переносят электрический ток (потоки электричества), когда они проходят через материалов, таких как металлы. Электроны, в некотором смысле, крошечные частицы электричества. Теперь обратно в XIX века ученые знали, что движущееся электричество производит магнетизм.В 20 веке стало ясно, что магнетизм вызвано электронами, движущимися внутри атомов и создающими магнитные поля все вокруг них. Домены на самом деле представляют собой группы атомов, в которых вращается электроны создают общее магнитное поле, направленное в одну сторону или Другая.

Произведение: Магнетизм вызван электронами, вращающимися внутри атомов. Обратите внимание, что это изображение , а не нарисовано в масштабе: большая часть атома — это пустое пространство, а электроны на самом деле намного дальше от ядра, чем я нарисовал здесь.

Как и теория доменов, атомная теория может объяснить многие вещи. мы знаем о магнитах, включая парамагнетизм (способ магнитного материалы выравниваются с магнитными полями). Большинство электронов в атоме существует в парах, которые вращаются в противоположных направлениях, поэтому магнитный эффект один электрон в паре компенсирует влияние своего партнера. Но если атом имеет несколько неспаренных электронов (у атомов железа их четыре), эти создают чистые магнитные поля, которые совпадают друг с другом и поворачивают весь атом в мини-магнит.Когда ставишь парамагнетик материала, такого как железо, в магнитном поле электроны меняют свое движение для создания магнитного поля, которое совпадает с полем за пределами.

А как насчет диамагнетизма? В диамагнетиках нет неспаренных электронов, так этого не бывает. Атомы обладают небольшим или нулевым общим магнетизмом и менее воздействие внешних магнитных полей. Однако электроны, вращающиеся внутри Это электрически заряженные частицы, и когда они движутся в магнитном поле, они ведут себя как любые другие электрически заряженные частицы в магнитном поле. поле и испытать силу.Это очень незначительно меняет их орбиты, создавая некоторый суммарный магнетизм, противодействующий то самое, что его вызывает (согласно классическому элементу электромагнитной теории, известному как закон Ленца, что связано с законом сохранения энергии). В результате создаваемое ими слабое магнитное поле 90 231 противостоит 90 232 магнитному полю, которое его вызывает, что Это именно то, что мы видим, когда диамагнетики пытаются «бороться» с магнитным полем, в котором они находятся.

Краткая история магнетизма

• Древний мир: Магнетизм известен древним грекам, римлянам, и китайский.Китайцы используют геомантические компасы (с деревянными надписи, расположенные кольцами вокруг центральной магнитной стрелки) в Фэн Шуй. Магниты получили свое название от города Маниса в Турции. когда-то назывался Магнезия, где в земле был найден магнитный магнит.
• 13 век: магнитные компасы впервые используются для навигации в западных странах. Француз Петрус Перигрин (также называемый Питер Марикура) делает первые надлежащие исследования магнетизма.
• 17 век: английский врач и ученый Уильям Гилберт (1544–1603) публикует «На магнитах». монументальное научное исследование магнетизм и предполагает, что Земля является гигантским магнитом.
• 18 век: англичанин Джон Мичелл (1724–93) и Француз Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) изучает силы магниты могут воздействовать. Кулон также проводит важные исследования электричества, но не может связать электричество и магнетизм как части одного и того же лежащее в основе явление.
• 19 век: датчанин Ганс Христиан Эрстед (1777–1851), французы Андре-Мари Ампер (1775–1836) и Доминик Араго (1786–1853) и англичанин Майкл Фарадей (1791–1867) исследовать тесная связь между электричеством и магнетизмом. Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) публикует относительно полный объяснение электричества и магнетизма (теория электромагнетизм) и предполагает, что электромагнитная энергия распространяется в волны (прокладывая путь к изобретению радио). Пьер Кюри (1859–1906) демонстрирует что материалы теряют свой магнетизм выше определенной температуры (теперь известной как температура Кюри). температура). Вильгельм Вебер (1804–1891) разрабатывает практические методы обнаружения и измерения напряженности магнитного поля.
• 20 век: Поль Ланжевен (1872–1946) подробно описывает Работа Кюри с теорией, объясняющей влияние тепла на магнетизм. Французский физик Пьер Вайс (1865–1940) предлагает существуют частицы, называемые магнетронами, эквивалентные электронам, которые вызывают магнитное свойства материалов и излагает теорию магнитных доменов. Два американских ученых, Сэмюэл Абрахам Гоудсмит (1902–78) и Джордж Юджин Уленбек (1900–88), показывают, как магнитные свойства материалы возникают в результате вращательного движения электронов внутри них.

Магнетизм для детей — простое введение

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 1 марта 2021 г.

Наука – это наше понимание того, как мир работает — и вообще мир работает хорошо, понимаем мы это или нет. Возьмите магнетизм , для пример. Люди знали о магнитах тысячи лет и они использовали их практически, как компасы, почти так же долго. Древние греки и римляне знали не хуже нас, что магнит (а богатый железом минерал) может притягивать другие куски железа, в то время как Древние китайцы делали магнитные компасы в замысловатой форме. деревянные инкрустации для практики фэн-шуй (искусство тщательное обустройство комнаты) тысячи лет до интерьера за дело взялись дизайнеры.Наука иногда может медленно догонять: мы только действительно узнали, как работает магнетизм, в прошлом веке, когда мир внутри атомов был впервые открыт и исследован.

Фото: Типичный подковообразный магнит. Видите след коричневой ржавчины на верхней части верхней «ножки» магнита? Это происходит потому, что магнит сделан из железа, которое разъедает (ржавеет) во влажном воздухе.

Что такое магнетизм?

Фото: Магнитное поле между противоположными полюса двух стержневых магнитов, которые сильно притягиваются друг к другу.мы не можем обычно видят магнитные поля, но если посыпать железными опилками (крошечными кусочки, срезанные напильником с железного прута) на лист бумаги и держите это над магнитами вы можете видеть поле под ним. фото любезно предоставлено Wikimedia Commons (где вы найдете увеличенную версию этого изображения).

Игра с магнитами — одна из самых первых частей науки. дети обнаружить. Это потому, что магниты просты в использовании, безопасны и веселье. Они также довольно удивительны. Помните, когда вы впервые обнаружил, что два магнита могут сцепляться и склеиваться, как клей? Вспомните силу, с которой вы держали два магнита рядом и чувствовал, что они либо притягивают (притягивают к одному другой) или оттолкнуть (отталкивать)? Одна из самых удивительных вещей о магниты — это то, как они могут притягивать другие магниты (или другие магнитные материалы) «на расстоянии», невидимо, через то, что мы называем магнитное поле .

Древним людям магнетизм, должно быть, казался магией. Тысячи лет спустя мы понимаем, что происходит внутри магнитных материалов, как их атомная структура вызывает их магнетизм свойства, и как электричество и магнетизма на самом деле всего два стороны одной медали: электромагнетизм . Когда-то ученые сказал, что магнетизм был странной, невидимой силой притяжения между определенные материалы; сегодня мы скорее определяем его как силу создаваемые электрическими токами (сами вызванные движущимися электронами).

Что такое магнитное поле?

Фото: Красочный способ визуализировать невидимое магнитных полей с помощью программы компьютерной графики, разработанной в Лос-Анджелесе. Аламосская национальная лаборатория. На этой трехмерной диаграмме высота а цвет пиков показывает напряженность магнитного поля в каждой точке. Фото предоставлено США Министерство энергетики.

Предположим, вы поместили магнит стержней (в форме прямоугольник, иногда с северный и южный полюса окрашены в разные цвета) или подкова магнит (согнутый в тугую U-образную форму) на стол и поместите железный гвоздь рядом.Если вы нажмете магнит медленно к ногтю, наступит момент, когда гвоздь перепрыгивает и прилипает к магниту. Вот что мы подразумеваем под магниты с невидимым магнитным полем, распространяющимся на все вокруг них. Другой способ описать это — сказать, что магнит может «действовать на расстоянии»: он может вызывать толкающую или тянущую силу на другие объекты на самом деле не касается).

Магнитные поля могут проникать через все виды материалов, но не просто воздух. У вас, вероятно, есть маленькие записки, приклеенные к дверце вашего холодильника. с ярко окрашенными магнитами, так что вы можете видеть, что магнитные поля режут через бумагу.Возможно, вы проделали трюк, используя магнит. подобрать длинную цепочку скрепок, каждая из которых намагничивает следующий вдоль. Этот небольшой эксперимент говорит нам, что магнитное поле может проникать через магнитные материалы, такие как железо.

Как мы можем измерить магнетизм?

Сила поля вокруг магнита зависит от того, насколько близко вы получить: он наиболее силен очень близко к магниту и быстро падает, когда вы уходите. (Вот почему маленький магнит на вашем столе должен находиться достаточно близко к вещи, чтобы привлечь их.) Измеряем напряженность магнитных полей в единицах, называемых гаусс и тесла (современная единица СИ, названная в честь пионера электричества Николы Тесла, 1856–1943). Интересно отметить, что сила Магнитное поле Земли очень слабое — примерно в 100–1000 раз слабее, чем что из типичного бара или магнита на холодильник. На Земле действует гравитация, а не магнетизм. сила, которая прижимает вас к полу. Мы бы заметили магнетизм Земли гораздо больше, если бы его гравитация не была такой сильной.

Диаграмма: Сравнение силы некоторых «бытовых» источников магнетизма. Обратите внимание, что вертикальная шкала является логарифмической : каждый шаг вверх по шкале означает силу магнитное поле увеличилось в десять раз. Здесь главное отметить, насколько слаба Земля. магнетизм (зеленый блок в крайнем левом углу) по сравнению со всем остальным, с чем мы обычно сталкиваемся (не говоря уже о гигантских магнитах, используемых в больницах и лабораториях). Рекордное лабораторное магнитное поле, показанное справа, созданный в Японии в апреле 2018 года, примерно в 24 миллиона раз сильнее, чем магнитное поле Земли.Мои данные для этой диаграммы взяты из следующих источников: Земля (goo.gl/TkxfO3), Солнце (goo.gl/8uigAU), бытовая техника (goo.gl/P3l487), холодильник (goo.gl/OhrDKt), маленький неодим ( goo.gl/avODib), свалка (goo.gl/owWZer), МРТ (goo.gl/jQ8cTD), громкоговоритель (goo.gl/oIwNlS), самая большая МРТ (goo.gl/8zkACY), самая большая лаборатория (bit.ly /2zvH7On). Почти все производит магнетизм — даже наши собственные тела, которые составляют что-то около 0,000000001 тесла.

Что такое электромагнит?

Фото: На свалках иногда используют гигантские электромагниты для поднятия металла с места на место (хотя некоторые вместо этого используют захватные когти).Фото Марджори Коллинз, Управление безопасности ферм США/Управление военной информации, любезно предоставлено Библиотека Конгресса США.

Магнит Гомера Симпсона или Микки Мауса, который удерживает вещи на вашем холодильник представляет собой постоянный магнит : он удерживает свое магнетизм все время. Не все магниты так работают. Вы можете сделать временным магнит пропуская электричество через моток проволоки, намотанный вокруг железного гвоздя (устройство, которое иногда называют соленоид ).Включите ток и гвоздь становится магнитом; выключите его снова, и магнетизм исчезнет. (Это основная идея дверного звонка с электрическим звонком: вы создаете электромагнит, когда нажимаете на кнопку, которая притягивает молоточек к панели звонка — динь-дон!) Подобные временные магниты называются электромагнитами —магнитами работал электричество — и они намекают на более глубокую связь между электричеством и магнетизм, к которым мы подойдем через мгновение.

Как и постоянные магниты, временные электромагниты бывают разных типов. размеры и сильные стороны.Вы можете сделать электромагнит достаточно мощным, чтобы скрепки с одной 1,5-вольтовой батареей. Используйте гораздо больший напряжение, чтобы сделать больший электрический ток, и вы можете построить электромагнит достаточно мощный, чтобы поднять автомобиль. Вот так свалка электромагниты работают. Сила электромагнита зависит от двух главное: размер используемого вами электрического тока и количество раз вы наматываете провод. Увеличьте один или оба из них, и вы получить более мощный электромагнит.

Для чего мы используем магниты?

Может быть, вам интересны магниты; может быть, вы думаете, что они скучный! Что Используются ли они, спросите вы, помимо детских фокусов и свалки?

Вы можете быть удивлены тем, сколько вещей вокруг вас работают за счет магнетизма или электромагнетизма.Каждый электроприбор с в нем электродвигатель (все от электрической зубной щетки до ваша газонокосилка) использует магниты для преобразования электричества в движение. Двигатели используют электричество для создания временного магнетизма в проволочных катушках. Создаваемое таким образом магнитное поле давит на неподвижное поле постоянного магнита, вращая внутреннюю часть двигателя вокруг на высокой скорости. Вы можете использовать это вращательное движение для управления всеми видами машин.

В вашем холодильнике есть магниты держит дверь закрытой.Магниты считывают и записывают данные (цифровую информацию) на на жестком диске компьютера и на кассете кассеты в старомодных персональных стереосистемах. Больше магнитов в вашем Hi-Fi динамики или наушники помогают вернуть сохраненную музыку в звуки, которые вы можете услышать. Если вы больны серьезным внутренним заболеванием, вы можете есть тип сканирования тела, называемый ЯМР (ядерный магнитный резонанс), который рисует мир под вашей кожей, используя узоры магнитных полей. Магниты используются для переработки ваш металлический мусор (стальная пища банки сильно магнитные, но алюминиевые банки с напитками нет, поэтому магнит — это простой способ разделить два разных металлы).

Фото: ЯМР-сканирование, подобное этому, создает детальное изображение тела пациента (или, в данном случае, их голову) на компьютере экран с использованием магнитной активности атомов в их ткани тела. Вы можете видеть, как пациент входит в сканер вверху. и изображение их головы на экране ниже. Фото предоставлено Клинический центр Уоррена Гранта Магнусона (СС) и США Национальные институты здоровья (NIH).

Какие материалы являются магнитными?

Железо — король магнитных материалов — металл, о котором мы все думаем когда мы думаем о магнитах.Большинство других распространенных металлов (таких как медь, золото, серебро и алюминий) на первый взгляд немагнитные и большинство неметаллов (включая бумагу, дерево, пластик, бетон, стекло, и текстиль такой как хлопок и шерсть) тоже немагнитны. Но железо не единственное магнитный металл. Никель, кобальт и элементы, входящие в состав Периодическая таблица (упорядоченная расположение, которое химики используют для описания всех известных химических элементов) известный как редкоземельных металлов (особенно самария и неодима) тоже хороши магниты.Некоторые из лучшими магнитами являются сплавы (смеси) эти элементы с одним другой и с другими элементами. Ферриты (соединения из железа, кислород и другие элементы) также делают превосходные магниты. Магнит (который также называют магнетитом) является примером феррита, обычно встречается внутри Земли (имеет химическую формулу FeO·Fe2O3).

Такие материалы, как железо, превращаются в хорошие временные магниты, когда вы кладете магнит рядом их, но имеют тенденцию терять часть или весь свой магнетизм, когда вы принимаете магнит снова далеко.Мы говорим, что эти материалы являются магнитно-мягкими. Напротив, сплавы железа и редкоземельных металлов сохраняют большую часть их магнетизм, даже когда вы удаляете их из магнитного поля, поэтому они делают хорошие постоянные магниты. Мы называем эти материалы магнитно жесткий .

Верно ли сказать, что все материалы либо магнитны, либо немагнитный? Раньше люди так думали, но ученые теперь знают, что материалы, которые мы считаем немагнитными, также подвержены влиянию магнетизма, хотя крайне слабо.Степень, до которой материал может быть намагничен, назвал его восприимчивостью .

Как различные материалы реагируют на магнетизм

У ученых есть несколько разных слов, чтобы описать, как материалы ведут себя когда вы кладете их рядом с магнитом (другой способ сказать, когда вы помещаете их в магнитное поле). В широком смысле мы можем разделить все материалы на два вида, называемые парамагнетиками и диамагнитны, в то время как некоторые из парамагнетиков также ферромагнитный.Важно понимать, что на самом деле означают эти запутанные слова…

Парамагнитный

Изготовьте образец магнитного материала и подвесьте его на нитке так, чтобы он болтается в магнитном поле, и он будет намагничиваться и выстраиваться так, его магнетизм параллелен полю. Как люди знали на протяжении тысячелетий, это как ведет себя стрелка компаса в магнитном поле Земли. Материалы, которые ведут себя таким образом, называются парамагнетиками. Такие металлы, как алюминий и большинство неметаллов (которые, как вы можете подумать, вовсе не являются магнитными) на самом деле парамагнитный, но так слабо, что мы не замечаем.Парамагнетизм зависит от температуры: чем горячее материал, тем меньше вероятность того, что на него повлияет рядом магниты.

Фото: Мы думаем об алюминии (используемом в напитках) такие банки) как немагнитные. Это помогает нам отделить для переработки наши алюминиевые банки (которые не прилипают к магнитам) от наших стальных (которые прилипают). По факту, оба материала являются магнитными. Разница в том, что алюминий очень слабо парамагнитны, а сталь сильно ферромагнитна. Фото предоставлено ВВС США.

Ферромагнитный

Некоторые парамагнитные материалы, особенно железо и редкоземельные металлы металлов, сильно намагничиваются в поле и обычно остаются намагниченный даже когда поле удалено. Мы говорим, что такие материалы ферромагнитные, что на самом деле просто означает, что они «магнитны, как железо.» Однако ферромагнитный материал все равно потеряет свою магнетизм, если вы нагреваете его выше определенной точки, известной как температура Кюри. Железо имеет температуру Кюри 770°С (1300°F), а для никеля температура Кюри составляет ~355°C (~670°F).Если вы нагреваете железный магнит до 800°C (~1500°F), он перестает быть магнит. Вы также можете разрушить или ослабить ферромагнетизм, если попадете в магнит неоднократно.

Диамагнетик

Мы можем думать о парамагнитных и ферромагнитных материалах как о «поклонники» магнетизма: в некотором смысле они «любят» магнетизм и реагируют позитивно относиться к ней, позволяя намагничивать себя. Не все материалы отзываются так восторженно. Если вы повесите несколько материалы в магнитных полях, они сильно перерабатываются внутри и сопротивляться: они превращаются в временные магниты для сопротивления намагничиванию и слабого отталкивания магнитных поля вне себя.Мы называем эти материалы диамагнетиками. Воды и много органических (на основе углерода) вещества, такие как бензол, ведут себя таким образом. Свяжите диамагнитного материала на нить и подвесить ее в магнитном поле и он повернется так, что образует угол 180 ° с полем.

Что вызывает магнетизм?

В начале 20 века, прежде чем ученые должным образом поняли строение атомов и как они работают, они придумали простую для понимания идею под названием теория доменов для объяснения магнетизма.Немного лет спустя, когда они лучше поняли атомы, они обнаружили, что теория доменов все еще работало, но само по себе могло быть объяснено на более глубоком уровне теория атомов. Все различные аспекты магнетизма, которые мы наблюдаем, могут объяснить, в конечном счете, говоря либо о доменах, либо об электронах в атомах или в том и другом. Давайте рассмотрим две теории по очереди.

Объяснение магнетизма с помощью теории доменов

Представьте себе завод где-нибудь, который делает маленькие стержневые магниты и корабли. их в школы на уроки естествознания.Представь парня по имени Дэйв, у которого есть водить свой грузовик, перевозя множество картонных коробок, каждая с магнитом внутри, в другую школу. Дэйв не есть время побеспокоиться о том, как сложены коробки, поэтому он их складывает внутри своего грузовика по-старинке. Магнит внутри одной коробки может быть указывая на север а тот, что рядом с ним, указывает на юг, восток или запад. Общий, магниты все перепутаны так, хоть магнитные поля и просачиваются из каждой коробки, они все компенсируют друг друга.

На том же заводе работает другой водитель грузовика по имени Билл, который не может быть более разным.Он любит порядок, поэтому загружает свой грузовик по-другому. Аккуратно сложите все коробки, чтобы они выстроились точно так же. Может видишь что будет? Магнитное поле от одного ящика будет совпадать с поле от всех остальных ящиков… эффектно поворачивая грузовик в один гигантский магнит. Кабина будет похожа на гигантский северный полюс и задняя часть грузовика огромный южный полюс!

То, что происходит внутри этих двух грузовиков, происходит в крошечном масштабе. внутри магнитных материалов. Согласно теории доменов, что-то как железный слиток содержит множество крошечных карманов, называемых доменами.Каждый домен немного похож на коробку с магнит внутри. Видишь, куда мы направляемся? Железный стержень такой же, как грузовик. В норме все его бортовые «ящики» расставлены хаотично и нет общего магнетизма: железо не намагничено. Но расставьте все ящики по порядку, сделайте так, чтобы все они смотрели одинаково, и вы получаете общее магнитное поле: вуаля, стержень намагничен. Когда вы подносите магнит к ненамагниченному железному стержню и гладите его систематически и многократно вверх и вниз, то, что вы делаете, переставляя все магнитные «ящики» (домены) внутри так, чтобы они указать так же.

Теория предметной области объясняет, что происходит внутри материалы, когда они намагничиваются. В ненамагниченном материале (слева) домены расположены случайным образом, поэтому нет общего магнитного поля. поле. Когда вы намагничиваете материал (справа), поглаживая стержневой магнит над ним несколько раз в одном и том же направлении домены перестраиваются так, их магнитные поля выравниваются, создавая комбинированное магнитное поле в то же направление.

Эта теория объясняет, как может возникнуть магнетизм, но может ли она объяснить несколько из Что еще мы знаем о магнитах? Если разрезать магнит пополам, мы знаете, у вас есть два магнита, каждый с северным и южным полюсом.Тот имеет смысл в соответствии с теорией доменов. Если разрезать магнит пополам, вы получите меньший магнит, который все еще заполнен доменами, и их можно расположить с севера на юг, как в оригинале магнит. Как насчет того, как магнетизм исчезает, когда вы ударяете по магниту? или нагреть? Это тоже можно объяснить. Представьте себе фургон, полный упорядоченных ящики снова. Управляйте им хаотично, на очень высокой скорости, и это немного похоже на встряхивание или удары по нему. Все коробки перемешаются так они смотрят в разные стороны, и общий магнетизм исчезнет.Отопление магнит взбалтывает его внутри и перемешивает коробки во многих местах. так же.

Объяснение магнетизма с помощью атомной теории

Теорию доменов достаточно легко понять, но это не полный объяснение. Мы знаем, что железные прутья не полны ящиков с маленькие магниты — и, если подумать, пытаясь объяснить магнит говоря, что он полон более мелких магнитов, на самом деле не является объяснением в всего, потому что сразу возникает вопрос: а какие меньшие магниты сделаны из? К счастью, есть еще одна теория, которую мы можем обратиться к.

Еще в 19 веке ученые обнаружили, что могут использовать электричество, чтобы сделать магнетизм и магнетизм, чтобы сделать электричество. Джеймс Клерк Максвелл сказал, что эти два явления на самом деле были разными аспектами. из одно и то же — электромагнетизм — как две стороны такая же бумажка. Электромагнетизм был блестящей идеей, но было скорее описанием, чем объяснением: оно показывало, как были, а не объясняли, почему они туда. это не было до 20 века, когда позже ученые пришли к пониманию мир внутри атомов, что объяснение наконец электромагнетизм появившийся.

Мы знаем, что все состоит из атомов и что атомы состоят из центральный сгусток вещества, называемый ядром. Мельчайшие частицы называются электроны двигаться вокруг ядра по орбите, немного похоже на спутники в небе над нами, но при этом еще и вращаются вокруг своей оси (просто как волчки). Мы знаем, что электроны переносят электрический ток (потоки электричества), когда они проходят через материалов, таких как металлы. Электроны, в некотором смысле, крошечные частицы электричества. Теперь обратно в XIX века ученые знали, что движущееся электричество производит магнетизм.В 20 веке стало ясно, что магнетизм вызвано электронами, движущимися внутри атомов и создающими магнитные поля все вокруг них. Домены на самом деле представляют собой группы атомов, в которых вращается электроны создают общее магнитное поле, направленное в одну сторону или Другая.

Произведение: Магнетизм вызван электронами, вращающимися внутри атомов. Обратите внимание, что это изображение , а не нарисовано в масштабе: большая часть атома — это пустое пространство, а электроны на самом деле намного дальше от ядра, чем я нарисовал здесь.

Как и теория доменов, атомная теория может объяснить многие вещи. мы знаем о магнитах, включая парамагнетизм (способ магнитного материалы выравниваются с магнитными полями). Большинство электронов в атоме существует в парах, которые вращаются в противоположных направлениях, поэтому магнитный эффект один электрон в паре компенсирует влияние своего партнера. Но если атом имеет несколько неспаренных электронов (у атомов железа их четыре), эти создают чистые магнитные поля, которые совпадают друг с другом и поворачивают весь атом в мини-магнит.Когда ставишь парамагнетик материала, такого как железо, в магнитном поле электроны меняют свое движение для создания магнитного поля, которое совпадает с полем за пределами.

А как насчет диамагнетизма? В диамагнетиках нет неспаренных электронов, так этого не бывает. Атомы обладают небольшим или нулевым общим магнетизмом и менее воздействие внешних магнитных полей. Однако электроны, вращающиеся внутри Это электрически заряженные частицы, и когда они движутся в магнитном поле, они ведут себя как любые другие электрически заряженные частицы в магнитном поле. поле и испытать силу.Это очень незначительно меняет их орбиты, создавая некоторый суммарный магнетизм, противодействующий то самое, что его вызывает (согласно классическому элементу электромагнитной теории, известному как закон Ленца, что связано с законом сохранения энергии). В результате создаваемое ими слабое магнитное поле 90 231 противостоит 90 232 магнитному полю, которое его вызывает, что Это именно то, что мы видим, когда диамагнетики пытаются «бороться» с магнитным полем, в котором они находятся.

Краткая история магнетизма

• Древний мир: Магнетизм известен древним грекам, римлянам, и китайский.Китайцы используют геомантические компасы (с деревянными надписи, расположенные кольцами вокруг центральной магнитной стрелки) в Фэн Шуй. Магниты получили свое название от города Маниса в Турции. когда-то назывался Магнезия, где в земле был найден магнитный магнит.
• 13 век: магнитные компасы впервые используются для навигации в западных странах. Француз Петрус Перигрин (также называемый Питер Марикура) делает первые надлежащие исследования магнетизма.
• 17 век: английский врач и ученый Уильям Гилберт (1544–1603) публикует «На магнитах». монументальное научное исследование магнетизм и предполагает, что Земля является гигантским магнитом.
• 18 век: англичанин Джон Мичелл (1724–93) и Француз Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) изучает силы магниты могут воздействовать. Кулон также проводит важные исследования электричества, но не может связать электричество и магнетизм как части одного и того же лежащее в основе явление.
• 19 век: датчанин Ганс Христиан Эрстед (1777–1851), французы Андре-Мари Ампер (1775–1836) и Доминик Араго (1786–1853) и англичанин Майкл Фарадей (1791–1867) исследовать тесная связь между электричеством и магнетизмом. Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) публикует относительно полный объяснение электричества и магнетизма (теория электромагнетизм) и предполагает, что электромагнитная энергия распространяется в волны (прокладывая путь к изобретению радио). Пьер Кюри (1859–1906) демонстрирует что материалы теряют свой магнетизм выше определенной температуры (теперь известной как температура Кюри). температура). Вильгельм Вебер (1804–1891) разрабатывает практические методы обнаружения и измерения напряженности магнитного поля.
• 20 век: Поль Ланжевен (1872–1946) подробно описывает Работа Кюри с теорией, объясняющей влияние тепла на магнетизм. Французский физик Пьер Вайс (1865–1940) предлагает существуют частицы, называемые магнетронами, эквивалентные электронам, которые вызывают магнитное свойства материалов и излагает теорию магнитных доменов. Два американских ученых, Сэмюэл Абрахам Гоудсмит (1902–78) и Джордж Юджин Уленбек (1900–88), показывают, как магнитные свойства материалы возникают в результате вращательного движения электронов внутри них.

Магниты — Мир науки

Цели

• Определите, является ли что-то магнитным.

• Определите, какие части магнитов наиболее привлекательны.

• Объясните связь между электричеством и магнетизмом.

Материалы

Фон

Магнит — это объект, создающий магнитное поле: Это поле невидимо, но оно отвечает за самое очевидное свойство магнита: способность притягивать некоторые материалы, например железо, и притягивать или отталкивать другие магниты.

История
Древние греки и китайцы обнаружили, что некоторые редкие камни естественным образом намагничиваются, кусочки минерала магнетита.Эти так называемые «магнитные камни » магическим образом притягивали маленькие кусочки железа, и если они были свободно подвешены, они всегда указывали в одном направлении.

Первое письменное упоминание о магните относится к четвертому веку до н.э. в Китае. Китайцы научились делать искусственные магниты, нагревая куски руды, пока они не раскалятся докрасна, а затем охлаждая куски, пока они находились в положении север/юг. Затем магнит помещали на трость и плавали в чаше с водой.

Эти плавающие магниты были предшественниками игольчатых компасов , а их использование в навигации впервые упоминается в китайском тексте 1088 г. н.э. Компас широко использовался на китайских кораблях в одиннадцатом веке н.э.

Теперь мы производим магниты различных форм и размеров для различных целей. Один из самых распространенных магнитов — стержневой магнит — представляет собой длинный прямоугольный стержень, который притягивает кусочки черного (железного) предмета.

Магнитные полюса
Каждый магнит имеет один северный полюс и один южный полюс .Если вы сломаете стержневой магнит пополам, у каждой половины будет северный и южный полюс, даже если вы сломаете его пополам много раз. Северные полюса двух магнитов будут отталкивать друг друга, как и их южные полюса. С другой стороны, северный полюс и южный полюс будут притягиваться друг к другу.

Обычно мы говорим, что линий магнитного поля выходят из северного конца магнита и входят в южный конец магнита. Силы магнита наиболее сильны на полюсах. Это связано с тем, что магнитное поле имеет тенденцию концентрироваться на полюсах (и распространяться и расширяться между ними).

Силовые линии магнитного поля физически не существуют — это математическая конструкция, помогающая нам визуализировать работу магнитов. Однако железные опилки вокруг магнита будут выстраиваться вдоль силовых линий, поэтому мы сможем увидеть, как «выглядит» магнитное поле.

Что делает магнит?
Атомы магнитного материала сами по себе являются крошечными магнитами. Когда группы магнитных атомов выстроены в одном направлении, они называются магнитными доменами .Если многие магнитные домены сами по себе выровнены, магнитное поле результирующего материала достаточно сильное, чтобы воздействовать на другие материалы на некотором расстоянии. Другими словами, это магнит.

Постоянный магнит несет собственное постоянное магнитное поле. Хороший пример — магнит на холодильник. Постоянные магниты могут быть изготовлены из железа, никеля или кобальта; это материалы с атомными «магнитами», которые можно выровнять. Такие материалы, как железо, никель и кобальт, называются ферромагнитными материалами , и они также притягиваются к магнитам.

Движущиеся электроны также могут создавать временное магнитное поле . Например, если один конец батареи соединить с другим концом проводом, электроны движутся по проводу и создают магнитное поле. Если поднести компас к проводу, он будет двигаться в ответ на это поле.

Вся Земля тоже магнит. Экстремальный жар внутреннего ядра создает конвекционные потоки в расплавленном железе внешнего ядра Земли. Движение железа создает электрический ток, который, в свою очередь, создает магнитное поле.Магнитные полюса Земли тесно связаны с географическими полюсами, но на самом деле они противоположны. Северные полюса стержневых магнитов и стрелки компаса притягиваются к географическому северному полюсу, потому что на самом деле это южный магнитный полюс Земли!

Некоторые вещи, которые следует помнить:

• Северные полюса указывают на географический север, южные полюса указывают на географический юг.
• Одинаковые полюса отталкиваются, разные полюса притягиваются.
• Магнитные силы притягивают только магнитные материалы.
• Магнитные силы действуют на расстоянии.
• При контакте с магнитом магнитный материал сам действует как магнит.
• Катушка провода, по которой течет электрический ток, становится электромагнитом.

Словарь

магнит : Материал или объект, создающий магнитное поле, которое может воздействовать на окружающие материалы. Магнит притягивает магнитные материалы, такие как железо. Постоянные магниты всегда имеют магнитное поле.
полюс : Один из двух концов магнита, где сосредоточено магнитное поле.
магнитный материал : Материал, который притягивается к магниту. Его можно было бы превратить в магнит.
электромагнит : временный магнит, изготовленный путем намотки проволоки вокруг железного сердечника; когда ток течет через катушку, железо становится магнитом.
привлечь : Чтобы сблизиться или сблизиться.
оттолкнуть : оттолкнуть.

Другие ресурсы

Мир науки | YouTube| Магнитное развлечение дома

Physics4Kids.ком | Электричество и магнетизм

Что на самом деле представляет собой магнитное поле?

Основные магниты

Что такое магнитное поле?

Предположим, вы держите в руке постоянный магнит. Все вокруг магнита будет быть его магнитным полем. В любом месте рядом с магнитом или далеко, где угодно вокруг магнит, магнитное поле может быть измерено или рассчитано.Измерение в конкретное место даст вам две вещи — силу магнитного поля в этом месте. местоположение и направление магнитного поля в этом месте. Когда второй магнит приближается к первому, они как бы ощущают друг друга либо сила притяжения или сила отталкивания. На самом деле они не чувствуют другого магнита, но они реагируют на магнитное поле, создаваемое другим магнитом, присутствующим в их конкретном месте.Направление определяет, будут ли они притягиваться или отталкиваться. Сила определяет, достаточно ли велика сила, чтобы на самом деле сдвинуть магнит. так или иначе. Таким образом, магнитное поле может создать силу, способную притянуть два магнита. вместе или раздвинуть их.

Из чего состоит магнитное поле?

Существуют частицы, называемые калибровочными бозонами, которые создают магнитное поле, которое может толкать или тянуть. Калибровочные бозоны, связанные с магнетизмом, — это фотоны.Эти похожи на фотоны света, но мы их не видим.

Как выглядит магнитное поле?

Мы не можем ни увидеть магнитное поле глазами, ни ощутить его пальцами (если только наши пальцы зажимаются между двумя магнитами!). Как это выглядит и чем отличается вокруг магнита? Часто магнитное поле рисуют линиями и стрелками. Эти называются силовыми линиями магнитного поля. Стрелки показывают направление магнитного поля в точке различные места и расстояние между линиями являются показателем того, насколько сильны поле находится в разных местах.Например, эта диаграмма — простой способ показать, что поле похоже на постоянный магнит.

Иногда говорят, что поле начинается на Северном полюсе и движется по воздуху и заканчивается на Южном полюсе. В действительности линии поля не начинаются и не заканчиваются, а замыкаются. петли, похожие на резиновые ленты, которые могут сгибаться и растягиваться под воздействием других магнитных поля или материалы. Эта другая диаграмма — лучший способ понять линии поля.

Отсюда вы можете фактически проследить каждую линию, когда она выходит из магнита вверху (северная точка). полюс), перемещается вправо или влево, затем снова входит в магнит внизу (его Южный полюс). Однако это не останавливается на достигнутом! Он продолжает проходить через магнит и воссоединяется там, где он снова выходит из Северного полюса. Эти линии не начинаются и не заканчиваются, и они не пересекайтесь друг с другом. Где линии ближе друг к другу, поле сильнее. Направление поля у красной точки показано красной стрелкой.Это направление, компас указал бы, если бы он был помещен в том месте рядом с этим магнитом. Вы также можете видно из этой диаграммы, что поле наиболее сильно не в центре этих плоских полюсов, а по краям столбов! Вы можете убедиться в этом, поместив небольшой круглый стальной шарик на середине поверхности полюса дискового магнита, и вы увидите, что он быстро переместитесь к его краю, где поле сильнее.

Некоторые ошибочно думают, что магнитное поле существует только там, где проведены линии, но не между строк.На самом деле там миллиарды линий и поле вокруг тот магнит. Следующая диаграмма является лучшим индикатором того, где находится поле и как меняется его сила в разных местах пространства вокруг магнита. То цвета фона говорят вам о силе магнитного поля в этом цветная область. (синий очень слабый, от зеленого к желтому и к красному очень сильный) Это не показывает направление поля, хотя. Красная точка и стрелка были помещены на эту диаграмму из предыдущей, поэтому вы можете увидеть направление поля в месте расположения красной точки.Сила поле в этом месте составляет около 0,035 Тесла (что соответствует 350 Гаусс). Это определяется по диаграмме, которая соответствует цветовому оттенку плотности потока.

Вот еще несколько пар диаграмм, на которых показаны стержневые магниты, магниты с закругленными концами и два магнита при отталкивании и притяжении.

 
Стержневой магнит, плоские полюса (интересная форма «собачьей кости» на диаграмме напряженности поля!)

 
Стержневой магнит, закругленные полюса (самое сильное поле в центре закругленного полюса!)

 
Притяжение двух магнитов (сильное поле посередине между магнитами!)

 
Два магнита отталкиваются (почти нет поля посередине между магнитами!)

Надеюсь, с этими диаграммами вы лучше понимаете магнитное поле.Этот это поле, которое заставляет двигатели вращаться, наши компасы работают, поднимает автомобили, разделяет сталь из другого хлама, заставляет музыку звучать из наших наушников и тысячи других вещей случаться.

Удивительно, не так ли?

Нажмите здесь, чтобы загрузить файл в формате pdf этой статьи.

вопросов о магнитах | First4magnets

Существует несколько терминов, используемых для описания силы магнита, в том числе:

Тяговое усилие — сила, необходимая для отрыва магнита от стальной поверхности, обычно измеряется в килограммах.

Показания Гаусса (плотность потока) — если датчик Холла Гаусса или расходомера помещается на полюс магнита, можно получить показание, показывающее количество линий магнетизма в каждом см2 (1 Гаусс = 1 линия магнетизма). на 1 см2), также известный как плотность потока. Это значение представляет собой значение «разомкнутой цепи», которое будет значительно ниже значения Br и будет напрямую связано с материалом и отношением длины к диаметру магнита. Длинные магниты с малым диаметром будут иметь гораздо более высокую магнитную индукцию холостого хода, чем короткие магниты с относительно большими диаметрами, даже если они изготовлены из одного и того же сорта магнитного материала.Если бы у вас был стержневой магнит размером 5000 Гаусс на полюсах, и вы разрезали его пополам, вы бы не ожидали, что два магнита меньшей длины будут иметь одинаковые показания Гаусса в разомкнутой цепи.

Проверка графика гистерезиса. Это тщательное испытание, при котором магнит намагничивается и размагничивается в условиях замкнутой цепи, и получаются значения для Br, Hc и (BH)max. Они относятся к максимальному количеству магнетизма в магните с замкнутой цепью, сопротивлению размагничиванию и общей энергии внутри магнита.

Все магниты имеют показатель «тягового усилия», измеряемый в килограммах, и это относится к тому, какая сила, действующая перпендикулярно магниту, требуется для вытягивания магнита из стального листа или равной толщины при прямом контакте заподлицо.

Рейтинг «вытягивания» достигается при следующих идеальных условиях:

— стальная пластина испытательного стенда имеет достаточную толщину, чтобы поглотить весь магнетизм (обычно толщиной 10 мм)

— чисто и идеально ровно отшлифовано

— тяговое усилие медленно и неуклонно увеличивается и абсолютно перпендикулярно поверхности магнита.

В реальных приложениях идеальные условия маловероятны, и следующие факторы уменьшат заданную тягу: 

Толщина стали

Если для магнита требуется контактная сталь толщиной 10 мм, чтобы поглотить весь магнетизм и обеспечить максимальное тяговое усилие, то крепление магнита к поверхности листовой стали толщиной 1 мм приведет к потере 90 % магнитного поля и фактическому тяговому усилию только 10 мм. % его возможностей. Чтобы проверить, достаточно ли толстая контактная сталь, чтобы поглотить весь магнетизм данного магнита, просто закрепите магнит на месте, а затем поднесите небольшую стальную пластину за контактной сталью, непосредственно за магнитом, и если она прилипнет, то это удерживается на месте случайным магнетизмом, вырывающимся из недостаточно толстой стали.Если он упадет, то контактная сталь поглощает и проводит весь магнетизм, и увеличение толщины стали не увеличит «притяжение» от магнита.

Воздушный зазор

Если контактная сталь ржавая, окрашенная или неровная, то образовавшийся зазор между магнитом и контактной сталью приведет к уменьшению «тягового усилия» магнита. По мере увеличения этого зазора притяжение уменьшается по закону обратных квадратов.

Материал

Во всех испытаниях на растяжение в качестве контактной стали используется мягкая сталь.Легированные стали и чугуны имеют пониженную способность проводить магнетизм, и притяжение магнита будет меньше. В случае чугуна тяговое усилие уменьшится на целых 40%, потому что чугун гораздо менее проницаем, чем мягкая сталь.

Температура

Воздействие на магнит температур, превышающих его максимальную рабочую температуру, приведет к потере его рабочих характеристик, которые не будут восстановлены при охлаждении. Многократный нагрев выше максимальной рабочей температуры приведет к значительному снижению производительности.

Чистая сила

Скользить магнитом в пять раз легче, чем тянуть его вертикально от поверхности, к которой он притягивается. Это полностью зависит от коэффициента трения, который обычно составляет 0,2 для стали по стальным поверхностям. Магниты с номинальным усилием 10 кг выдержат только 2 кг, если они используются на вертикальной стальной стене и нагрузка заставляет магниты скользить по стене.

Неодимовые магниты являются постоянными магнитами и теряют часть своей производительности каждые 100 лет, если их поддерживать в оптимальных рабочих условиях.

Есть два фактора, которые могут сократить срок службы магнита.

Тепло

Коррозия

Если покрытие магнита повреждено и внутрь может попасть вода, магнит заржавеет, что опять же приведет к ухудшению магнитных характеристик.