Магнетизм — это фундаментальная сила
природы, которая проявляется как притяжение определенных материалов к железу.
Материалы которые так притягивают, называются магнитными материалами.
Люди
знали о магнетизме как минимум с 600 до
н. э.. Он, почти, наверняка был
впервые замечен при притяжении между минералами известными как магнитный
Железняк, в виде магнетита, и железа.
Англичанин
Уильям Гильберт (1540-1603) был первым человеком, который взялся расследовать
феномен магнетизма систематически используя научные методы. Он также обнаружил,
что Земля сама является слабым магнитом. Ранние теоретические исследования
природы земного магнетизма проводил немецкий физик Карл Фридрих Гаусс
(1777-1855).
Некоторые
из самых ранних количественных исследований магнитных явлений были начаты в
XVIII в. французским физиком Шарлем Кулоном (1736-1806). Кулон нашел, что сила
между двумя намагниченными предметами — это закон обратных квадратов. То есть
сила магнитного притяжения увеличивается в зависимости от силы магнитного поля
двух объектов и уменьшается согласно квадрату расстояния между ними.
Датский
физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) впервые предположил связь
между электричеством и магнетизмом. Эрстед
обнаружил, что электрический ток всегда производит магнитное поле вокруг себя.
(Магнитное поле-это область, где магнитная сила присутствует.) Вскоре после
этого, французский физик Андре-Мари Ампер (1775-1836) и английский химик и
физик Майкл
Фарадей (1791-1869)
продемонстрировали обратный эффект, а именно что при переходе провода через
магнитное поле может возникать электрический ток в проводе.
Экспериментальная
работа Эрстеда, Ампера, Фарадея, и другие были объединены в блестящие
теоретические работы шотландским физиком
Джеймсом клерк Максвеллом (1831-1879). Максвелл показал, что электричество и
магнетизм представляют собой различные аспекты одного и того же фундаментального
явления — силового поля.
Земной магнетизм
Магнитная сила присутствующая в
объекте. Расположенные в двух разных регионах объекты, называются полюсами. Один
полюс известен как Северный магнитный полюс, а другой известен как Южный
магнитный полюс. Магнитная сила течет из одного полюса к другому полюсу.
Область пространства, через которые действуют магнитные потоки силы, называется
магнитным полем.
Сама
земля действует как гигантский магнит. Один полюс земного магнита находится
вблизи Северного географического полюса, а другой полюс находится вблизи Южного
географического полюса. Считается что магнитные свойства Земли проявляются
из-за присутствия очень большой массы железа, которая находится в центре
планеты. Так, как ядро вращается, оно может генерировать магнитное поле,
которое можно обнаружить с помощью компаса.
Природа магнетизма
Магнитное поле невидимо. Оно может быть обнаружено,
через мелкодисперсное железо в области вокруг магнита. В этом случае куски
железа выстраиваются в узор, подобный, что показано на прилагаемой фотографии.
Белые полосы на фотографии известны как магнитные
силовые линии, или линии потока. Они указывают регионы, в которых магнитная
сила оказывается сильнее.
Законы,
описывающие магнитные полюса аналогичны законам описания электрических сил. То
есть, одноименные полюса отталкиваются, а разноименные полюса притягиваются
друг к другу. Если два магнита выстроить со своими южными полюсами, смежно
(рядом) друг с другом, они будут стремиться растолкать друг друга. Если они выстроены
в линию с северным полюсом возле Южного полюса, они, как правило, сближаются
друг с другом. Если ненамагниченый кусок железа помещают вблизи либо Северного
или Южного полюса, он будет притягиватся.
Типы магнитов
Существуют два вида магнитов: естественные магниты и электромагниты.
Магнетит магнитный Железняк это два примеры природных магнитов, которые находят
в земле. Любой железный слиток также может быть изготовлен как магнит, просто с
помощью трения его с магнетитом или магнитным Железняком, или об любой другой
магнитный материал. Магниты подковы сделаны именно таким образом.
Второй
вид магнитов представляет собой электромагнит.
Магнитное поле электромагнита производится путем заключения электрического
провода вокруг железного стержня. Когда электрический ток течет через провод,
создает магнитное поле в железе. Сила магнитного поля зависит в основном от
двух факторов: количества витков провода на стержне и силы электрического тока.
Наиболее
мощные электромагниты из известных,- выполнены из сверхпроводящих материалов.
Сверхпроводящий материал является тот, который несет в себе электрический ток
без малейшего сопротивления. То есть, электрический ток проходя сверхпроводящий
материал продолжает путешествовать сквозь него, по сути, без каких либо потерь.
Компьютерное графическое
возсоздание подковообразного магнита с железными опилками,которые выровнены
вокруг него.
Происхождение магнетизма
Магнетизм
обусловлен движением электронов в атоме. Картина атома, состоящего из
центрального ядра и одного или более электронов, путешествующих вокруг этого
ядра всем известна. Эти электроны проявляют два вида движения. Во-первых, они
путешествуют вокруг ядра атома в манере, чем-то напоминающей движение планет
вокруг Солнца. Во-вторых, они вращаются на собственных осях, так как планеты
вращаются на собственных осях.
Теперь
вспомним, как электрический ток, протекающий по проводнику создает магнитное
поле вокруг провода. Во многом таким же образом, движущийся электрон создает
вокруг себя магнитное поле при вращении вокруг своей оси. Так и орбитальное
движение самого электрона вокруг ядра атома тоже создает магнитное поле.
В
магнитном материале атомы соединяются в
группы, эти группы называются доменами. Все атомы в пределах любого
заданного домена выравниваются в одном направлении. Сам домен, поэтому
действует как крошечный магнит с южным и северным полюсом.
В
большинстве случаев, домены в магнитном материале располагаются в случайном
порядке. Они указывают в разные направления и, в целом, компенсируют друг
друга. Сам по себе материал не магнитный.
Когда материал гладить магнитом, все
домены выстраиваются в линии в соответствии с магнитным полем магнита. Все
северные полюса крошечного домена магнита тянут в одном направлении, а южные полюса этих крошечных магнитов тянут в
другом направлении. Сам материал теперь стал магнитным.
Электромагниты
являются важными компонентами многих технических устройств, начиная от таких
машин как ускорители заряженных частиц (атом-обжимных прессов) до небольших
карманных радиоприемников. Они используются в бытовой технике, включая
посудомоечные и стиральные машины; в электрических счетчиках; в
громкоговорителях, телефонах, наушниках;
в устройствах магнитной записи и хранения информации; на МРТ (магнитно-резонансная томография)