Магніти – найрозповсюдженіші інструменти у нашому житті і побуті, що вигулькують у всіх контекстах та місцях. Подивіться на дверцята свого холодильнику: вони не тільки прикрашені сувенірними магнітиками (ймовірно), а й щільно причинені силами магнетизму. Подумайте про свої навушниками та колонки; магніти лежать в основі і їхньої роботи. Або пограйтеся з автоматичним піднімачем скла у батьківській машині, це теж можливо завдяки магнітним матеріалам.
Магніти повсюди, буквально. Електроенергія та магнетизм (а також наука про магнітні поля) є найбільш корисними науковими відкриттями та метафоричними інструментами, які у нас є. Тільки уявіть, скільки б штук просто не працювало, якби не магнетизм і електрика.
Проте, враховуючи всюдисутність магнітних матеріалів і магнітних інструментів, ми сприймаємо це явище як належне. Але якщо зупинитися і подумати про це, хіба магнетизм не дивовижний? Хіба це не неймовірно, що шматок металу може рухати інший металевий предмет за допомогою невидимої сили? Вам не здається, що наука про цей дивний процес насправді дуже крута?
Ще ні? Ну, можливо, це тому, що ви поки що недостатньо знаєте про неї. Отже, ми маємо намір переконати вас, що магнітна сила насправді є однією з найцікавіших речей у природі, тож давайте подивимося, що це таке.
Ми були б здивовані, якби ви не погодилися з вищезгаданим твердженням до кінця цієї статті. Ви також можете переглянути наш повний посібник з магнетизму та електромагнетизму, буде корисно!
Що таке магнетизм?
Магнетизм – це сила, за допомогою якої магнітні матеріали притягують і відштовхують інші магнітні матеріали. Це найпоширеніший спосіб побачити магнетизм у дії в повсякденному житті, коли шматочки металу тягнуться до інших шматочків металу.
Саме це, до речі, робить магніти такими цікавими – і такими корисними в побуті. Магнітна сила – це безконтактна сила, тобто магнітні матеріали не повинні торкатися, щоб відчути цю дію.
Але це не просто магія – хоча колись, можливо, люди все скидали на чари та чаклунство. Швидше, сили, які зумовлюють ці матеріали, є результатом процесу, що відбувається на рівні, надто малому для того, щоб ми могли побачити його на власні очі. На цьому рівні все знаходиться в русі.
І те, що створює силу, свідками якої ми є, являється результатом двох явищ на цьому рівні. Перший — це «магнітний момент» даного елемента та його частинок, а інший — електричний струм.
Магнітні моменти та електрони
Те, що відбувається на набагато меншому рівні, пов’язане з електронами – субатомними частинками речовини.
Ці електрони рухаються або обертаються навколо ядра атома. І кожен з них має різний заряд – як правило, позитивний або негативний. Зазвичай електричні заряди або спіни цих електронів збалансовані – це означає, що кількість позитивних електронів дорівнює кількості негативних електронів.
Природа схильна любити стан спокою і стабільності, і в цьому контексті це значить, що немагнітні матеріали є нормою: адже при рівності позитивних і негативних електронів магнітний момент нівелюється. Це досить доречно, бо в інакшому випадку все б у Всесвіті було би магнітним чи намагніченим, а це не дуже зручно.
Іноді електрони в речовині не збалансовані – це правда. Однак частіше за все в таких випадках магнітний заряд не вирівнюється – а це необхідна умова для власне магнетизму.
Магнетизм у тому вигляді, який ми розпізнаємо, – з двома магнітними полюсами у магніті – виникає, коли всі магнітні моменти електронів вирівняні, тобто спрямовані в одному напрямку. Лише в цей момент матеріал вироблятиме магнітне поле, достатньо сильне, щоб бути релевантним.
Не можете уявити? Вам допоможе фізика онлайн! Або репетитор з фізики.
Електрика і магнетизм
Як ми вже сказали, є два джерела магнетизму. Перше – це магнітний момент даних електронів і їх розташування. Друге – електричний струм.
Електричні струми створюють магнетизм, оскільки електрика — це потік електронів через матеріал. Таким чином, отримаємо феномен, коли всі електрони обов’язково вирівнюються завдяки своєму руху – і цей рух дає електричному дроту позитивний і негативний заряд.
Електромагніти
Ви, либонь, уже чули про електромагніти, а також про електромагнетизм загалом. Це надзвичайно потужні магніти, які живляться електроенергією. Як і більшість пристроїв, що живляться від електрики, їх можна вмикати та вимикати, що робить їх досить зручними для промисловості.
Якщо ви візьмете магнітну речовину й обернете навколо неї котушку дроту, через яку проходить електричний заряд, ви побачите, що отриманий магніт справді дуже сильний. Таким чином вся котушка намагнічується, а електрони з дроту створюють магнітне поле, яке притягується до центру котушки.
Як тільки ви вимикаєте електрику, котушка більше не є магнітною.
Це важлива частина електромагнетизму.
Що таке магнітне поле?
Магніти притягують і відштовхують інші предмети, сприйнятливі до сили магнетизму. Ми це знаємо.
Однак важливо те, що відбувається між двома магнітними матеріалами. Це магнітне поле – невидиме силове поле, яке, по суті, є розташуванням електронів у навколишньому просторі.
Ви вже бачили діаграми магнітних полів, хоч би у своїх підручниках. І що ви впізнаєте, так це диполярну природу магнітів – той факт, що магніти мають як північний, так і південний полюси – а також лінії магнітного поля, які ми зазвичай малюємо між диполями.
Ці лінії представляють магнітний потік, який виходить з північного полюса і входить до південного. Чим ближче лінії, тим сильніше намагніченість. Ці лінії, до речі, ніколи не перетинаються.
Залізні стружки
Один із найкращих способів побачити магнітне поле по-справжньому — це використати для наочності залізні ошурки.
Придбайте собі стрижневий магніт і жменю крихітних шматочків металу – залізних ошурків, по суті, залізного пилу.
Киньте залізо на магніт і подивіться, як з’явиться магнітне поле з усіма різними силовими лініями. Це насправді вражає.
Чи вивчає таке фізика 9 клас онлайн?
Різні типи магнітів – різні типи магнетизму
У вас, напевно, вже склалося враження, що не всі магніти однакові. Враховуючи, що ми знаємо, що існує таке поняття, як електромагнітна сила, а також «звичайні» магніти, ми можемо припустити, що також існує більше типів магнітів. Ми вже згадували, наприклад, стрижневі магніти.
Вчені люблять характеризувати речі, і вам потрібно знати категорії, які вони придумали для розрізнення всіх речей чи властивостей.
Діамагнетизм
Почнемо з діамагнетизму. Це тип магнетизму, який є завжди у всьому. Однак він не є особливо «магнетичним» у знайомому нам розумінні.
Діамагнетизм — це властивість деяких матеріалів, яка проявляється у слабкому відштовхуванні від магнітного поля.
Ви знаєте, що магніт притягує залізо. Але діамагнітні матеріали, як-от графіт, мідь чи вода, навпаки, трохи відштовхуються від магніту, навіть якщо це не помітно на око. Це відбувається через те, що в цих матеріалах електрони змінюють свій рух під дією магнітного поля, і це створює маленьке протилежне поле, яке і відштовхує їх від магніту.
Це слабкий ефект, тому в повсякденному житті ми його не помічаємо. Але у фізиці діамагнетизм важливий, адже він допомагає краще зрозуміти, як працюють магнітні сили на атомному рівні.
Парамагнетизм
Парамагнітні матеріали – це ті, які слабко притягуються до будь-якого магнітного поля, якому вони піддаються, але не так сильно, як феромагнітні (наприклад, залізо). Більшість хімічних сполук є парамагнітними, оскільки вони зазвичай мають неспарені електрони. Це означає, що навіть такі елементи, як кисень, насправді є парамагнітними, про що більшість людей, можливо, не підозрюють.
Коли парамагнітний матеріал потрапляє в зовнішнє магнітне поле, його електрони намагаються вирівнятися в напрямку поля, через що матеріал трохи притягується до магніту.
Але це притягання слабке і зникає, коли магнітне поле вимикається. Тому парамагнетизм є тимчасовим ефектом і проявляється тільки в присутності зовнішнього магніту.
Феромагнітні матеріали
Феромагнітні матеріали – це ті, які ми традиційно визнаємо магнітними вони сильно притягуються до магнітів і самі можуть ставати магнітами.
Ці матеріали також мають неспарені електрони. Однак, на відміну від парамагнітних матеріалів, електрони у феромагнітних матеріалах мають тенденцію спонтанно вишиковуватися. Це означає, що їм не потрібне зовнішнє магнітне поле, щоб стати магнітними.
Коли до феромагнітного матеріалу підносять магніт, ці маленькі магнітики (неспарені електрони) вирівнюються в один напрямок, і матеріал сам стає магнітом. Більше того, феромагнетизм зберігається навіть після того, як зовнішнє магнітне поле зникне — ось чому магніти «пам'ятають» свою магнітність.
До феромагнітних матеріалів належать залізо (звідси корінь «феро» у назві), кобальт і нікель.
Більше вам розкаже фізика для чайників!
Тимчасові та постійні магніти
Ці два терміни – тимчасовий і постійний магніти – досить поширені в розмовах про магнетизм. І різниця, мабуть, досить очевидна.
Постійні магніти – це ті, які є феромагнітними. Вони зберігають свій магнітний потенціал навіть після того, як вони виходять із дії зовнішнього магнітного поля.
Тимчасові магніти – це ті парамагнітні речовини, які потребують зовнішньої магнітної сили. Вони як канцелярські скріпки – об’єкти, які реагують на магнетизм, але самі не є магнітними.
До речі, нагрівання феромагнітної речовини знижує її магнітний потенціал. Енергія тепла створює набагато більшу атомну летючість, тобто електрони не можуть залишатися вирівняними.
Дізнайтеся про трансформатори, одну з найважливіших магнітних технологій!
Подумайте про те, щоб взяти додаткові уроки фізики поблизу, щоб поглибити своє розуміння магнетизму. Індивідуальне навчання може допомогти вам зрозуміти принципи магнітних полів, фізичних сил та їх практичне застосування, забезпечуючи вам глибоке розуміння цієї фундаментальної теми фізики.
Чи магнітна сама Земля?
Ви ж знаєте, що Земля має магнітне поле, правда? Ось чому ми надаємо магнітам характеристики типу «північного» полюса та «південного».
Вся земна куля магнітна, саме тому працюють компаси. Якщо просто взяти жменю землі то вона, звісно, не матиме магнітних властивостей, але розмір Землі створює найбільше магнітне поле на планеті.
Чому так відбувається? Існує багато теорій, але точно невідомо. Однак вчені вважають, що це пов’язано з конвекційними потоками в ядрі Землі, яке в основному складається із заліза та нікелю. І саме це створює північне сяйво.
Ви коли-небудь чули про електромагнітну індукцію? Дізнайтеся про це тут. Жителям столиці про всі таємниці розповість вчитель фізики Київ.
Вам сподобалась ця стаття? Оцініть її!
Loading...
