Что может быть магнитным явлениям
Магнетизм – природное явление, без которого не было бы Вселенной
Принцип работы магнитов и важность магнетизма в жизни человека
Магниты. Мы знакомы с ними с детства благодаря мультикам, мы видим их ежедневно на своих холодильниках (хоть парочка, да есть там), мы используем их в сотнях технических устройств, даже не подозревая об этом. Да что там говорить, вся планета, на которой мы живем, по своей сути, является одним большим магнитом, генерируя внутренними источниками геомагнитное поле. А явление, получившее название «магнетизм», является основным свойством материи в мироздании – от звезд и Галактик до мельчайших частиц – атомов и электронов.
Из курса школьной физики, возможно, многие вспомнят простейшее определение данного природного явления:
Магнетизм – это взаимодействие движущихся электрических зарядов, происходящее посредством магнитного поля.
Мощное и всеобъемлющее физическое явление, которое является одним из компонентов электромагнетизма, одной из фундаментальных сил природы, открытое в 19 веке и широко применяющееся современными инженерами, физиками и обществом в целом.
Движение электрически заряженных частиц излучает электрические заряды, которые создают магнитное поле. Эти частицы сами становятся крошечными магнитами, каждая со своим Северным и Южным полюсами. Технически вся материя подчинена магнитным силам, которые пронизывают всю Вселенную.
Часто магнитные поля, создаваемые этими частицами, являются случайными, то есть их Северный и Южный полюса уравновешивают друг друга. Некоторые объекты – от кусков железной руды до магнитика на вашем холодильнике – обладают магнитными полями, упорядоченными в одном направлении. Магнитные поля этих объектов становятся тем сильнее, чем будет выше скорость этих электрически заряженных частиц.
При всей своей изученности магнетизм остается в определенном роде таинственным природным явлением. В первую очередь вопросы у ученых возникают по поводу природы явления. Неясными остаются пути зарождения и вариативность различных форм магнетизма.
Разнообразная магнитная среда – от ферро- до электромагнетизма
Интересным для науки представляется и тот факт, что явление может быть не только неоднородным, но и разнообразным. К примеру, существует такое явление, как ферромагнетизм – самая доступная для осознания человечества форма магнетизма, развитие намагниченности которого зависит не только от магнитного поля, но и температуры.
Характерной особенностью ферромагнетиков является гистерезис. Явление гистерезиса заключается в том, что магнитная индукция зависит не только от мгновенного значения, но и от того, какой была напряженность поля раньше. Ранее железные стрелки компаса намагничивались магнетитом (магнитным железняком) или намагниченными минералами магнетита, извлеченными из земли. Это единственная магнитная сила, которую люди могут увидеть, почувствовать.
Возможно, ферромагнетизм и является наиболее наглядной формой магнетизма, но точно не самой важной, по крайней мере, в наши дни. На первое место выходит электромагнетизм.
Как сказал астроном Мишель Талер из Центра космических полетов НАСА, «это фундаментальная сила, ответственная за саму структуру нашей материи».
Электричество и магнетизм тесно переплетены, их поля подпитывают и взаимодействуют друг с другом. Электромагнетизм создает такие краеугольные элементы Вселенной, как свет и энергия, без него атомы и молекулы, из которых мы состоим, разлетелись бы.
В 1865 году физик Джеймс Клерк Максвелл установил связь между двумя этими силами, подготовив почву для формулирования Эйнштейном своей знаменитой теории, получившей название Специальная теория относительности.
Итак, как видно, никого не было бы живого в этом мире, не будь столь фундаментальной силы вокруг и внутри нас. Даже планет и звезд не было бы. Но человечество должно сказать электромагнетизму спасибо второй раз, поскольку именно это явление подарило возможность бурного технического прогресса на протяжении всего XX века.
На сегодняшний день существуют обширные области применения электромагнетизма в повседневной жизни. На электромагнитных волнах работают разнообразные приборы – от микроволновых печей и телевизоров до радиоприемников и рентгеновских аппаратов.
Мы также все знаем об этом с детства: когда объект подвергается воздействию электрического тока, он генерирует временное магнитное поле посредством катушки с током. При увеличении силы тока магнитное поле катушки усиливается. Однако, когда ток отключается, поле исчезает. Это и называется электромагнетизмом.
Гигантский магнит под ногами
Земля, как мы уже сказали в начале нашего повествования, – это, по сути, гигантский магнит с соответствующими геомагнитными Северным и Южным полюсами, причиной чего является внешняя часть железного ядра в Земле.
Каплевидное магнитное поле, создаваемое Землей, которое преломляется солнечными ветрами и называется магнитосферой, обеспечивает работу наших компасов, создает яркие полярные сияния и даже защищает нас от вредного космического излучения. Все это очень важный элемент, защищающий нашу атмосферу.
Намагниченные частицы в лавовых породах, движущиеся вдоль поверхности Земли, регистрируют направление магнитного поля нашей планеты. Именно поэтому ученые могут сказать, что магнитные полюса Земли менялись с течением времени.
В последние годы смещение магнитных полюсов набирает скорость. Исследования показали, что они смещаются со скоростью 56 километров ежегодно. Чем чреват дрейф магнитных полюсов? Он может как нарушить работу навигационных систем, так и вызывать головные боли у метеозависимых людей.
Изучение магнетизма человечеством простирается на тысячи лет в прошлое. Греки первыми задокументировали первые опыты с невидимой силой, но магнетизм был знаком еще древним племенам и аборигенам мезоамерики.
Понимание магнетизма сыграло решающую роль в формировании мира, в котором мы живем сегодня. Без этого явления мы бы пропали. Буквально пропали бы.
Магнетизм и электричество
Первое практическое применение магнит нашёл в виде кусочка намагниченной стали, плавающего на пробке в воде или масле. В этом случае одним концом магнит всегда указывает на север, а другим — на юг. Это был первый компас, применённый мореплавателями.
Так же давно, за несколько веков до нашей эры, людям было известно, что смолистое вещество — янтарь, если его натереть шерстью, получает на некоторое время способность притягивать лёгкие предметы: обрывки бумаги, кусочки нитки, пушинки. Это явление было названо электрическим («электрон» — по-гречески означает «янтарь»). Позднее было замечено, что наэлектризовываться трением может не только янтарь, но и другие вещества: стекло, сургучная палочка и др.
Долгое время люди не видели никакой связи между двумя необычными явлениями природы — магнетизмом и электричеством. Общим казался лишь внешний признак — свойство притягивать: магнит притягивал железо, а натёртая шерстью стеклянная палочка — кусочки бумаги. Правда, магнит действовал постоянно, а наэлектризованный предмет терял свои свойства через некоторое время, но и то и другое «притягивало».
Но вот, в конце XVII века было замечено, что молния — явление электрическое, — ударившая вблизи стальных предметов, может их намагнитить. Так, например, однажды стальные ножи, лежавшие в деревянном ящике, оказались, к несказанному удивлению хозяина, намагниченными после того, как молния попала в ящик и разбила его.
Со временем похожих случаев наблюдалось всё больше и больше. Однако это ещё не давало основания думать, что между электричеством и магнетизмом существует прочная связь. Такая связь была установлена лишь около 180 лет назад. Тогда было замечено, что магнитная стрелка компаса отклоняется, как только рядом с ней располагался проводник, по которому протекал электрический ток.
Почти в то же время учёные обнаружили другое, не менее поразительное явление. Оказалось, что проволока, по которой протекает электрический ток, в состоянии притягивать к себе мелкие железные опилки. Стояло, однако, прекратить ток в проволоке, как опилки немедленно осыпались, и проводник терял свои магнитные свойства.
Наконец, было обнаружено и ещё одно свойство электрического тока, окончательно утвердившее связь между электричеством и магнетизмом. Оказалось, что стальная игла, помещённая в середину проволочной катушки, через которую проходит электрический ток (такая катушка называется соленоидом), намагничивается так же, как будто её натёрли естественным магнитом.
Электромагниты и их использование
Из опыта со стальной иглой и родился электромагнит. Помещая в середину проволочной катушки вместо иглы стержень из мягкого железа, учёные убедились, что при пропускании тока через катушку железо приобретает свойство магнита, а после прекращения тока теряет это свойство. При этом было замечено, что чем больше витков проволоки в соленоиде, тем сильнее электромагнит.
Под влиянием движущегося магнита в проволочной катушке возникает электрический ток
Принцип действия электромагнитного реле
После того как было установлено, что электрический ток придаёт проводнику магнитные свойства, учёные задались вопросом: а не существует ли обратной связи между электричеством и магнетизмом? Не вызовет ли, например, сильный магнит, помещённый внутрь проволочной катушки, электрический ток в этой катушке?
В самом деле, если бы электрический ток возникал в проводнике под действием неподвижного магнита, то это полностью противоречило бы закону сохранения энергии. Согласно этому, закону для получения электрического тока необходимо затратить другую энергию, которая превращалась бы в электрическую. При получении электрического тока с помощью магнита в электрическую энергию и превращается энергия, затрачиваемая на передвижение магнита.
Изучение магнитных явлений
Еще в середине Х III века пытливые наблюдатели заметили, что магнитные стрелки компаса взаимодействуют между собой: концы, указывающие одно и тоже направление, отталкиваются, а указывающие разное — притягиваются.
Этот факт помог учёным объяснить действие компаса. Было высказано предположение, что земной шар представляет собой огромный магнит, и концы компасных стрелок упорно поворачиваются в нужном направлении, потому, что они отталкиваются от одного магнитного полюса Земли и притягиваются к другому. Это предположение оказалось верным.
В изучении магнитных явлений сильно помогли мелкие железные опилки, прилипающие к магниту любой силы. Прежде всего было замечено, что больше всего опилок прилипает к двум определённым местам магнита или, как их стали называть, — полюсам магнита. Выяснилось, что любой магнит всегда имеет, по меньшей мере, два полюса, из которых один стали называть северным (С), а другой — южным (Ю).
Железные опилки показывают расположение магнитных силовых линий в пространстве вокруг магнита
У магнита, имеющего вид полоски, его полюсы чаще всего располагаются на концах полоски. Особенно яркая картина предстала перед глазами наблюдателей, когда они догадались посыпать железные опилки на стекло или бумагу, под которой лежал магнит. Густо расположились опилки у полюсов магнита. Затем в виде тонких линий — сцепившихся между собой частиц железа — они потянулись от одного полюса к другому.
Дальнейшее изучение магнитных явлений показало, что в пространстве вокруг магнита действуют особые, магнитные силы, или, как говорят, магнитное поле. Направление и интенсивность магнитных сил и показывают железные опилки, расположенные над магнитом.
Опыты с опилками научили многому. Например, к полюсу магнита приближается кусочек железа. Если при этом бумагу, на которой лежат опилки, немного потрясти, рисунок из опилок начинает меняться. Становятся как бы видимыми магнитные линии. Они идут от полюса магнита к куску железа и становятся всё гуще и гуще по мере приближения железа к полюсу. Одновременно с этим возрастает и сила, с которой магнит тянет к себе кусочек железа.
На каком конце железного бруска электромагнита образуется при прохождении тока через катушку северный полюс, а на каком южный? Это легко определить по направлению электрического тока в катушке. Известно, что ток (поток отрицательных зарядов) течёт от отрицательного полюса источника к положительному.
Зная это и глядя на катушку электромагнита, можно представить, в каком направлении пойдёт ток в витках электромагнита. У того конца электромагнита, где ток будет совершать круговое движение по направлению движения часовой стрелки, образуется северный полюс, а у другого конца бруска, где движение тока будет противоположно движению часовой стрелки, — южный. Если переменить направление тока в обмотке электромагнита, то переменятся и его полюсы.
Далее, было замечено, что как постоянный магнит, так и электромагнит притягивают значительно сильнее, если они имеют форму не прямого бруска, а согнуты так, что их разноимённые полюсы близки друг к другу. В этом случае притягивает не один полюс, а два, и кроме того, магнитные силовые линии меньше рассеиваются в пространстве — они оказываются сосредоточенными между полюсами.
Когда притягиваемый железный предмет прилипает к обоим полюсам, подковообразный магнит почти перестаёт рассеивать в пространстве силовые линии. Это легко увидеть при помощи тех же опилок на бумаге. Магнитные силовые линии, ранее тянувшиеся от одного полюса к другому, теперь проходят через притянутый железный предмет, словно им легче проходить через железо, чем через воздух.
Исследования показали, что это действительно так. Появилось новое понятие — магнитная проницаемость, которым обозначается величина, указывающая, во сколько раз магнитным линиям легче проходить через какое-либо вещество, чем через воздух. Самая большая магнитная проницаемость оказалась у железа и у некоторых его сплавов. Этим и объясняется, что из металлов именно железо лучше всего притягивается магнитом.
С меньшей магнитной проницаемостью оказался другой металл — никель. И он хуже притягивается магнитом. Было обнаружено, что и некоторые другие вещества обладают магнитной проницаемостью, большей, чем воздух, и, следовательно, притягиваются магнитами.
Но магнитные свойства этих веществ выражены очень слабо. Поэтому все электротехнические приборы и машины, в которых так или иначе работают электромагниты, по сию пору не могут обойтись без железа или без специальных сплавов, в которые входит железо.
Естественно, что исследованию железа и его магнитных свойств почти с самого зарождения электротехники было уделено огромное внимание. Однако настоящие, строго научные расчёты в этой области стали возможны лишь после исследований русского учёного Александра Григорьевича Столетова, произведённых в 1872 году. Он нашёл, что магнитная проницаемость какого-либо куска железа — величина не постоянная. Она меняется от степени намагничивания этого куска.
Способ испытания магнитных свойств железа, предложенный Столетовым, имеет большую ценность и в наше время он применяется учёными и инженерами. Более глубокие исследования природы магнитных явлений стали возможны лишь после развития учения о строении вещества.
Современное представление о магнетизме
Теперь мы знаем, что любой химический элемент состоит из атомов — необычайно маленьких сложных частичек. В центре атома находится ядро, заряженное положительным электричеством. Вокруг него вращаются электроны, частицы, несущие в себе отрицательный электрический заряд. Число электронов неодинаково у атомов различных химических элементов. Например, у атома водорода вокруг ядра вращается всего один электрон, а у атома урана — девяносто два.
Путём внимательных наблюдений за различными электрическими явлениями учёные пришли к выводу, что электрический ток в проводнике есть не что иное, как перемещение электронов. Теперь вспомним, что вокруг проводника, в котором протекает электрический ток, то есть перемещаются электроны, всегда возникает магнитное поле.
Из этого следует, что магнитное поле всегда появляется там, где существует движение электронов, иными словами, существование магнитного поля есть следствие движения электронов.
Возникает вопрос: в любом веществе электроны постоянно вращаются вокруг своих атомных ядер, почему же в таком случае не всякое вещество образует вокруг себя магнитное поле?
Современная наука даёт на это следующий ответ. Каждый электрон не только обладает электрическим зарядом. Он обладает и свойствами магнита, является маленьким элементарным магнитиком. Таким образом создаваемое электронами магнитное поле при их движении вокруг ядра складывается с их собственным магнитным полем.
При этом у большинства атомов магнитные поля, складываясь, нацело уничтожают, поглощают друг друга. И только у немногих атомов — железа, никеля, кобальта и в гораздо меньшей степени у других, магнитные поля оказываются неуравновешенными, и атомы представляют собой крошечные магнитики. Эти вещества носят название ферромагнитных («феррум» значит железо).
Если атомы ферромагнитных веществ расположены беспорядочно, то магнитные поля разных атомов, направленные в разные стороны, в конечном итоге уничтожают друг друга. Но если их повернуть так, чтобы магнитные поля складывались,— а именно это мы и делаем при намагничивании — магнитные поля будут уже не погашаться, а складываться друг с другом.
Всё тело (кусок железа) будет создавать вокруг себя магнитное поле, становиться магнитом. Точно так же в случае, когда электроны перемещаются в одном направлении, что, например, имеет место при электрическом токе в проводнике, магнитное поле отдельных электронов складывается в общее магнитное поле.
В свою очередь электроны, попавшие во внешнее магнитное поле, всегда подвергаются воздействию последнего. Это позволяет управлять движением электронов с помощью магнитного поля.
Всё сказанное выше является лишь приближённой и очень упрощённой схемой. В действительности атомные явления, происходящие в проводниках и магнитных материалах, более сложны.
Наука о магнитах и магнитных явлениях — магнитология — очень важна для современной электротехники. Большой вклад в дело развития этой науки сделал магнитолог Николай Сергеевич Акулов, открывший важный закон, известный во всём мире как «закон Акулова». Этот закон позволяет заранее установить, как при намагничивании изменяются такие важные свойства металлов, как электропроводность, теплопроводность и пр.
Целые поколения учёных работали над тем, чтобы проникнуть в тайну магнитных явлений и поставить эти явления на службу человечеству. В наше время миллионы самых разнообразных магнитов и электромагнитов работают на благо человека в разнообразнейших электрических машинах и аппаратах. Они освобождают людей от тяжёлого физического труда, а подчас являются незаменимыми слугами.
Смотрите другие интересные и полезные статьи про магниты и их применение:
Магнитные явления в природе происходящие на нашей земле и вокруг нас
Приветствую вас дорогие читатели, много тайн в себе скрывает живая природа — одним тайнам человеку удалось найти объяснения, а другим нет, где магнитные явления в природе, происходящие на нашей земле и вокруг нас, мы попросту не замечаем.
Одно из таких явлений можно увидеть, взяв в руки магнит и направив его на металлический гвоздь или булавку. Увидеть, как они притянутся друг к другу.
Многие из нас еще помнят со школьного курса физики опыты с этим предметом, обладающим магнитным полем.
Надеюсь, вы вспомнили, что такое магнитные явления? Конечно — это способность притягивать к себе другие металлические предметы, имея магнитное поле.
Рассмотрим магнитную железную руду, из которой и делают магнит. Такие магниты наверняка есть у каждого из вас, в виде украшения на дверце холодильника. Вам наверно будет интересно узнать, а какие бывают еще магнитные природные явления? Из школьных уроков по физике мы знаем, что поля бывают магнитные и электромагнитные.
История магнита и примеры его использования
Да будет вам известно, что магнитный железняк в живой природе был известен еще до нашей эры. В это время и был создан компас, который китайский император использовал во время своих многочисленных походов и просто морских прогулок.
Переводится с китайского языка слово магнит как любящий камень. Удивительный перевод, не правда ли?
Христофор Колумб, использующий магнитный компас в своих путешествиях, заметил, что географические координаты влияют на отклонение стрелки в компасе. Впоследствии, этот результат наблюдения привел ученых к выводу, что и на земле имеются магнитные поля.
Влияние магнитного поля в живой и неживой природе
Уникальная способность перелетных птиц с точностью находить места их обитания всегда была интересна ученым. Магнитное поле земли помогает им безошибочно прокладывать маршрут перелета. Да и миграции многого ряда животных зависят от этого поля земли.
Так свои «магнитные карты» имеют не только пернатые, но и такие животные как:
Ученые выяснили, что в теле живых организмом есть специальные рецепторы, а так же частицы магнетита, которые помогают чувствовать магнитные и электромагнитные поля.
Но как именно любое живое существо, живущее в дикой природе, находит нужный ориентир, однозначно не могут ответить ученые.
Магнитные бури и их влияние на человека
Мы уже знаем о магнитных полях нашей земли. Они защищают нас от воздействия заряженных микрочастиц, которые долетают до нас с Солнца. Магнитная буря это не что иное – это внезапное изменение защищающего нас электромагнитного поля земли.
Не замечали, как у вас иногда внезапная резкая боль стреляет в головной висок и тут же появляется сильнейшая головная боль? Все эти болезненные симптомы, происходящие в организме человека, указывают на наличие этого природного явления.
Это магнитное явление может продолжаться от часа до 12 часов, а может быть и кратковременным. И как подмечено врачами, в большей степени этим страдают уже немолодые люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Подмечено, что в продолжительную магнитную бурю увеличивается количество инфарктов. Есть ряд ученых, которые отслеживают появление магнитных бурь. Так что дорогие мои читатели иногда стоит узнавать об их появлении и стараться предотвратить по возможности их ужасные последствия.
Магнитные аномалии в России
По всей огромной территории нашей земли существуют различного рода магнитные аномалии. Давайте немного узнаем о них.
Известный ученый и астроном П. Б. Иноходцев еще в далеком 1773 году изучал географическое положение всех городов центральной части России. Именно тогда он обнаружил сильную аномалию в районе Курска и Белгорода, где стрелка компаса лихорадочно вращалась. И только в 1923 году была пробурена первая скважина, которая выявила огромные залежи металлической руды.
Ученые и в наши с вами дни не могут дать объяснения огромным скоплениям железной руды в Курской магнитной аномалии.
Из учебников по географии мы с вами знаем, что добыча всей железной руды ведется в горных областях. А как образовались залежи железной руды на равнине — неизвестно.
Бразильская магнитная аномалия
У океанского побережья Бразилии на высоте более 1000 километров основная часть приборов у пролетающих над этим местом летательных аппаратов – самолетов и даже спутников приостанавливает свою работу.
Представьте себе оранжевый апельсин. Его кожура защищает мякоть, так и магнитное поле земли с защитным слоем атмосферы защищает нашу планету от вредного воздействия из космоса. А Бразильская аномалия похожа на вмятину в этой кожуре.
К тому же таинственные явления природы наблюдались не однократно в этом необычном месте.
Еще немало загадок и тайн земли нашей предстоит раскрыть ученым, друзья мои. Хочу вам пожелать здоровья и чтобы обошли вас стороной неблагоприятные магнитные явления!
Надеюсь, вам понравился мой краткий обзор магнитных явлений в природе. А может быть, и вы их уже наблюдали или же ощущали их действие на себе. Напишите об этом в ваших комментариях, мне будет интересно об этом прочесть. А на сегодня это все. Разрешите с вами попрощаться и до новых встреч.
Предлагаю Вам подписаться на обновления блога. А также вы можете поставить свою оценку статье по 10 системе, отметив ее определенным количеством звездочек. Приходите ко мне в гости и приводите друзей, ведь этот сайт создан специально для вас. Я уверена, что вы обязательно найдете здесь много полезной и интересной информации.