Постоянные магниты

Столетия назад было обнаружено, что некоторые виды минеральных пород обладают необычными свойствами притяжения к металлическому железу. Один конкретный минерал, называемый магнитным камнем , или магнетит , упоминается в очень старых исторических записях (около 2500 лет назад в Европе и намного раньше на Дальнем Востоке) как предмет любопытства.

Позже его использовали для помощи в навигации, так как было обнаружено, что кусок этой необычной скалы будет иметь тенденцию ориентироваться в направлении север-юг, если его оставить для вращения (подвешенный на веревке или на поплавке в воде). .

Научное исследование, проведенное в 1269 году Питером Перегрином, показало, что сталь может быть подобным же образом «заряжена» этим необычным свойством после того, как ее натерли об один из «полюсов» куска магнита.

В отличие от электрических зарядов (таких, которые наблюдаются при трении янтаря о ткань), магнитные объекты обладали двумя полюсами противоположного действия, обозначаемыми «север» и «юг» после их самоориентации по отношению к Земле. Как выяснил Перегрин, невозможно изолировать один из этих полюсов, разрезав кусок магнита пополам:каждый полученный кусок имел свою собственную пару полюсов:

Как и электрические заряды, можно было найти только два типа полюсов:северный и южный (по аналогии, положительный и отрицательный). Как и в случае с электрическими зарядами, одни и те же полюса отталкиваются друг от друга, а противоположные - притягиваются. Эта сила, как и сила, вызванная статическим электричеством, незримо распространялась по космосу и могла даже проходить через такие предметы, как бумага и дерево, практически не влияя на силу.

Философ-ученый Рене Декарт заметил, что это невидимое «поле» можно было нанести на карту, поместив магнит под плоский кусок ткани или дерева и посыпав сверху железными опилками. Опилки выровняются с магнитным полем, «отображая» его форму. Результат показывает, как поле непрерывно продолжается от одного полюса магнита к другому:

Как и в случае любого поля (электрического, магнитного, гравитационного), общая величина или влияние поля называется потоком , в то время как «толчок», вызывающий образование потока в пространстве, называется силой . Майкл Фарадей ввел термин «трубка» для обозначения струны магнитного потока в космосе (термин «линия» сейчас используется чаще). Действительно, измерение потока магнитного поля часто определяется количеством силовых линий, хотя сомнительно, чтобы такие поля существовали в отдельных, дискретных линиях постоянного значения.

Современные теории магнетизма утверждают, что магнитное поле создается движущимся электрическим зарядом, и поэтому предполагается, что магнитное поле так называемых «постоянных» магнитов, таких как магнитный камень, является результатом вращения электронов внутри атомов железа. равномерно в одном направлении.

Независимо от того, подвержены ли электроны в атомах материала такому однородному вращению, диктуется атомной структурой материала (мало чем отличается от того, как электрическая проводимость определяется связью электронов в атомах материала). Таким образом, только определенные типы веществ вступают в реакцию с магнитными полями, и еще меньше из них обладают способностью постоянно поддерживать магнитное поле.

Железо - одно из тех веществ, которые легко намагничиваются. Если кусок железа поднести к постоянному магниту, электроны внутри атомов в железе ориентируют свои спины в соответствии с силой магнитного поля, создаваемой постоянным магнитом, и железо становится «намагниченным». Утюг будет намагничиваться таким образом, чтобы включить линии магнитного потока в его форму, которая притягивает его к постоянному магниту, независимо от того, какой полюс постоянного магнита подан на железо:

Ранее не намагниченное железо намагничивается по мере приближения к постоянному магниту. Независимо от того, какой полюс постоянного магнита направлен к утюгу, железо будет намагничиваться таким образом, чтобы притягиваться к магниту:

Ссылаясь на естественные магнитные свойства железа (лат. «Феррум»), ферромагнетик Материал - это тот, который легко намагничивается (составляющие его атомы легко ориентируют свои электронные спины в соответствии с силой внешнего магнитного поля). Все материалы в определенной степени магнитны, а те, которые не считаются ферромагнитными (легко намагничиваются), классифицируются как парамагнитные (слабомагнитный) или диамагнитный (как правило, исключают магнитные поля). Из двух диамагнетиков самые странные. В присутствии внешнего магнитного поля они фактически слегка намагничиваются в противоположном направлении, чтобы оттолкнуть внешнее поле!

Если ферромагнитный материал имеет тенденцию сохранять свою намагниченность после удаления внешнего поля, говорят, что он имеет хорошую удерживающую способность . . Это, конечно, необходимое качество для постоянного магнита.

ОБЗОР:

• магнитный камень (также называемый магнетит ) представляет собой природный «постоянный» магнитный минерал. Под «постоянным» подразумевается, что материал поддерживает магнитное поле без внешней помощи. Это свойство любого магнитного материала называется удерживающей способностью . .
• Ферромагнетик материалы легко намагничиваются.
• Парамагнитный материалы намагничиваются труднее.
• Диамагнитный материалы на самом деле имеют тенденцию отражать внешние магнитные поля за счет намагничивания в противоположном направлении.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист по магнетизму