Магниты физика: Постоянные магниты — урок. Физика, 8 класс. - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Постоянные магниты | Физика

История магнита насчитывает свыше двух с половиной тысяч лет. В VI в. до н. э. древнекитайские ученые обнаружили минерал, способный притягивать к себе железные предметы. Китайцы назвали его «чу-ши», что означает «любящий камень».

Название «магнит» было придумано древнегреческим драматургом Еврипидом (V в. до н. э.), описавшим его свойства в одном из своих произведений. Поводом для такого названия послужило то, что залежи этого минерала были найдены около города Магнесии. Магнит означает «камень из Магнесии».

В настоящее время известно, что природные магниты представляют собой куски магнитного железняка (магнетита), состоящего из FeO (31 %) и Fe₂0₃ (69%). Это хрупкий черный минерал с плотностью около 5000 кг/м³ (рис. 50).

В древние времена свойства магнита пытались объяснить приписыванием ему «живой души». Магнит, по представлениям древних людей, «устремлялся» к железу по той же причине, что и собака к куску мяса.

Теперь мы знаем, что все дело в особом поле, создаваемом магнитом. Вокруг любого магнита существует магнитное поле. Это поле и притягивает железо к магниту.

Магнитное поле представляет собой особый вид материи, отличающийся от вещества и существующий вокруг намагниченных тел.

Магнетит обладает не очень сильными магнитными свойствами. В настоящее время удается создать искусственные магниты со значительно более сильным магнитным полем. Материалом для них служат сплавы на основе железа, никеля, кобальта и некоторых других металлов. Во внешнем магнитном поле они намагничиваются, после чего их можно использовать в качестве самостоятельных постоянных магнитов.

Искусственным магнитам придают специальную форму (рис. 51). Те участки магнита, около которых обнаруживается наиболее сильное магнитное действие и где, следовательно, сильнее всего магнитное поле, называют магнитными полюсами. У каждого магнита есть два полюса, хотя искусственно можно намагнитить материал и так, что у него будет не 2, а 4, 6 и более полюсов. Поднося магнит к железным опилкам, можно увидеть, как они притягиваются к его полюсам (рис. 52).

Магнит, изготовленный в виде стрелки, используют в компасах. Этот замечательный прибор был изобретен около двух тысяч лет назад. Один из первых (древнекитайских) компасов изображен на рисунке 53, а. Он назывался указателем юга. Роль стрелки в нем играла «ложка», изготовленная из природного магнита и способная легко поворачиваться вокруг вертикальной оси.

Современный (простейший) компас изображен на рисунке 53, б.

У магнитной стрелки (стрелки компаса), как и у любого магнита, есть два полюса. Тот из них, который указывает на географический Север, называют северным полюсом (N), противоположный — южным полюсом (S). Эти же символы (вместе с соответствующими названиями) используют и для обозначения магнитных полюсов любых других магнитов.

Поднося магнитные стрелки друг к другу (рис. 54), можно установить, что разноименные магнитные полюсы притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются. Эта закономерность справедлива для любых магнитов.

Земной шар тоже магнит. У него есть свои магнитные полюсы и свое магнитное поле. Именно оно и заставляет стрелку компаса ориентироваться все время в определенном направлении.

Нетрудно понять, куда именно она должна указывать: ведь притягиваются разноименные полюсы. Следовательно, северный полюс стрелки указывает направление на Южный магнитный полюс Земли. Этот полюс находится на севере земного шара, несколько в стороне от Северного географического полюса (на острове Принца Уэльского).

Область применения магнитов чрезвычайно широка. Они используются не только в компасах, но и в электро- и радиотехнике, автоматике, робототехнике и т. д. Вы можете обнаружить их внутри электродвигателей, громкоговорителей (динамиков), телефонов, амперметров, вольтметров и других приборов. В медицине магнитные зонды применяются при извлечении из желудков пациентов случайно проглоченных ими игл, булавок и других железных предметов.

??? 1. Что означает слово «магнит»? 2. Что представляют собой природные магниты? 3. Как получают искусственные магниты? 4. Что называют магнитными полюсами? 5. Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов? 6. Как с помощью магнитной стрелки можно определить полюсы у намагниченного стального стержня? 7. Под действием чего стрелка компаса ориентируется в определенном направлении? Куда она показывает? 8. Где применяются магниты? 9. Почему существующий в природе магнитный железняк оказывается намагниченным? Что его намагнитило? 10. Что называют магнитным полем?

Из чего сделан магнит?

Показать комментарии (20)

Свернуть комментарии (20)

krakatuk 11.04.2006 14:28 Ответить

Давайте не путать детей. :-))

Для изготовления постоянных магнитов используют, в основном, 3 металла – железо, кобальт и никель. Они являются наиболее доступными и сильными ферромагнетиками. А добавки редкоземельных элементов и прочие технологические ухищрения позволяют улучшить остаточную индукцию -‘сила магнита’ и сопротивляемость размагничиванию(коэрцитивная сила).

Таинственное “альнико” всего лишь сплав алюминия, никеля и кобальта. (Al-Ni-Co)

Ферриты вовсе не обязательно керамические.

То есть, приведенная классификация не вполне корректна.

‘Мягкость’ железа, как материала и ‘магнитомягкость’ – немного разные вещи. Кучка обычных канцелярских скрепок или мелких гвоздей, после того как их отдерут от сильного магнита, будет ‘липнуть’ друг к другу достаточно долгое время.

Теперь электромагниты. Сила электромагнита зависит в первую очередь от силы тока и количества витков, а не от __ИЗМЕНЕНИЯ__ величины тока. В электротехнике даже используется такой технический показатель – Ампер-витки. Ну и материал сердечника играет не последнюю роль.

Ответить

pashock krakatuk 04. 03.2009 15:26 Ответить

Тут не так все просто с неодимовыми магнитами. Дело в том, что 3д подуровни “работают” для железа никеля и кобальта в плане спинового магнитного момента, а незаполненные 4ф подуровни РЗМ действуют косвенно на верхние с подуровни тем самым давая больший вклад в “дело” только уже за счет орбитального момента. МНогие РЗМ комбинации очень даже магнитны. только вот создать кристаллографическую анизотропию большую не удалось, кроме нескольких соединений – например Sm2Co17 SmCo5 Nd2Fe14B/… В итоге суммарный момент складывается в кристаллической решетке РЗМ и ферромагнитных элементов. коэрцитивную силу поднимают за счет различных добавок, которые повышают кристаллографическую анизотропию на границах и эти добавки зачастую не РЗМ. например алюминий и медь

сила магнита определяется градиентом изменения поля…. если память не изменяет F=-Hgrad(H), где Н – напряженность магнитного поля
А мне наоборот понрвилось слово “мягкость” – очень удачно.

насчет скрепок совсем не согласен… сколько работаю с магнитами – никогда не липли)))

Ответить

AnT 21.11.2006 10:36 Ответить

Надо было все-таки и о структуре магнетиков чо-нибудь сказать))

Ответить

Dr. 4004 11.03.2007 10:06 Ответить

Почему обязательно младших школьников?
Логичнее было бы на уровень родителей который потом будут это объяснять своим детям.
Поясню, не всегда понимаю принцип действия чего-то, можно это внятно, и главное простым языком, обьяснить, человеку не обладающему хотя бы базовыми знаниями в конкретной области.
Задача это изложить просто и грамотно, что очень сложно, и требует специального таланта, и навыка.
Вот в чем считаю задача этой рубрики.

Ответить

gthnjdbx 15.

08.2007 17:03 Ответить

Сейсас появились пластмассовые магниты. У меня на дверке холодильника уплотнитель магнитный 🙂
Все метериалы из которых делают постоянные магнииты имеют свойство намагничиваться и сохранять эту намагниченность.

Ответить

Vasyl24 10.06.2008 12:41 Ответить

Если постоянный магнит – это сплав определенных металлов, тогда почему же он не проводит электрический ток?

Ответить

Slon Vasyl24 08.08.2008 23:27 Ответить
потому что не все сплавы проводят электрический ток
Ответить
pashock Vasyl24 04.03.2009 15:31 Ответить
смотря какой материал. дело в том, что магнитопласты – это магнитный порошок(из металла), но покрытый полиамидами разных сортов. Например неодимовые магниты будут проводить ток.
к тому же – все проводит ток))) все зависит от напряжения, которое подается на концах.

Ответить

dmitry_K 12.10.2008 00:19 Ответить

Магнит (постоянный) сделан из кусочков Источника Магнитного Излучения

Ответить

Lana 04.04.2017 23:00 Ответить

Можете ли ответить?
Если круглый магнит от динамика обмотать проводом с изоляцией и во внутрь ставить лампочку, то лампочка будет гореть. Откуда здесь появляется электрический ток? Каким образом действует магнитное поле?

Ответить

Написать комментарий

Что такое магнетизм? Факты о магнитных полях и магнитной силе

Живая наука поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

(Изображение предоставлено: TEK IMAGE через Getty Images)

Магнетизм — это сила природы, создаваемая движущимися электрическими зарядами. Иногда эти движения микроскопические и происходят внутри материала, известного как магниты. Магниты или магнитные поля, создаваемые движущимися электрическими зарядами, могут притягивать или отталкивать другие магниты и изменять движение других заряженных частиц.

Магнитное поле воздействует на частицы силой, известной как сила Лоренца, согласно веб-сайту HyperPhysics Университета штата Джорджия . Сила, действующая на электрически заряженную частицу в магнитном поле, зависит от величины заряда, скорости частицы и напряженности магнитного поля. Сила Лоренца обладает тем специфическим свойством, что заставляет частицы двигаться под прямым углом к их первоначальному движению.

Некоторые материалы, такие как железо, известны как постоянные магниты, что означает, что они могут поддерживать постоянное магнитное поле.

Это наиболее распространенные формы магнитов, встречающиеся в повседневной жизни. Другим материалам, таким как железо, кобальт и никель, можно придать временное магнитное поле, поместив их в более мощное поле, но в конечном итоге эти материалы потеряют свой магнетизм.

Как работает магнетизм

Магнитное поле Земли. (Изображение предоставлено: alxpin через Getty Images)

Согласно HyperPhysics, магнитные поля генерируются движением электрических зарядов. Все электроны обладают фундаментальным квантово-механическим свойством углового момента, известным как «спин». Внутри атомов большинство электронов имеют тенденцию образовывать пары, в которых один из них имеет «спин вверх», а другой — «спин вниз», или, другими словами, их угловые моменты направлены в противоположные стороны. В этом случае магнитные поля, созданные этими спинами, направлены в противоположные стороны, поэтому они компенсируют друг друга. Однако некоторые атомы содержат один или несколько неспаренных электронов, и эти неспаренные электроны создают крошечное магнитное поле. По данным Ресурсного центра неразрушающего контроля (НК), направление их вращения определяет направление магнитного поля. Когда значительное большинство неспаренных электронов выровнены со своими спинами в одном и том же направлении, они объединяются, чтобы создать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы его можно было наблюдать в макроскопическом масштабе.

Источники магнитного поля диполярны, то есть имеют северный и южный полюса. По словам Джозефа Беккера из Университета штата Сан-Хосе, противоположные полюса (N и S) притягиваются, а одинаковые полюса (N и N или S и S) отталкиваются. Это создает тороидальное поле или поле в форме пончика, поскольку направление поля распространяется наружу от северного полюса и входит через южный полюс.

Земля сама по себе является гигантским магнитом. По данным НАСА, планета получает свое магнитное поле от циркулирующего электрического тока внутри расплавленного металлического ядра . Компас указывает на север, потому что маленькая магнитная стрелка в нем подвешена так, что она может свободно вращаться внутри корпуса, выравниваясь с магнитным полем Земли. Как это ни парадоксально, то, что мы называем магнитным северным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом, потому что он притягивает северные магнитные полюса стрелок компаса.

История магнетизма

Магнетит (также известный как магнитный камень) является самым магнитным из всех встречающихся в природе минералов на Земле. (Изображение предоставлено Александром Победимским через Shutterstock)

Если выравнивание неспаренных электронов сохраняется без приложения внешнего магнитного поля или электрического тока, оно создает постоянный магнит. Постоянные магниты являются результатом ферромагнетизма . Приставка «ферро» относится к железу, потому что постоянный магнетизм впервые наблюдали в форме природной железной руды, называемой магнетитом, Fe3O4. Кусочки магнетита можно найти разбросанными по поверхности Земли или вблизи нее, и иногда один из них будет намагниченным. Эти природные магниты называются магнитами. Хотя ученые не знают точно, как образуются магниты, «большинство ученых считают, что магнетит — это магнетит, в который ударила молния», согласно Университету Аризоны .

Вскоре люди узнали, что они могут намагничивать железную иглу, проводя по ней магнитным камнем, в результате чего большинство неспаренных электронов в игле выстраиваются в одном направлении. По данным НАСА , примерно в 1000 году нашей эры китайцы обнаружили, что магнит, плавающий в чаше с водой, всегда выстраивается в направлении север-юг. После этого магнитный компас стал огромным помощником в навигации, особенно днем и ночью, когда звезды были скрыты облаками.

Другие металлы, помимо железа, могут обладать ферромагнитными свойствами. К ним относятся никель, кобальт и некоторые редкоземельные металлы , такие как самарий или неодим, которые используются для изготовления сверхсильных постоянных магнитов.

Другие формы магнетизма

Магнетизм принимает множество других форм, но, за исключением ферромагнетизма, они обычно слишком слабы, чтобы их можно было наблюдать, кроме как с помощью чувствительных лабораторных приборов или при очень низких температурах. Антон Бругнамс впервые обнаружил диамагнетизм в 1778 году, когда использовал постоянные магниты в поисках материалов, содержащих железо. По словам Джеральда Кюстлера, широко публикуемого независимого немецкого исследователя и изобретателя, в своей статье «Диамагнитная левитация — исторические вехи» , опубликованной в «Румынском журнале технических наук», Бругнамс заметил: «Только темные и почти Фиолетовый висмут продемонстрировал в исследовании особое явление: когда я положил его кусочек на круглый лист бумаги, плавающий поверх воды, он оттолкнулся от обоих полюсов магнита».

Диамагнетизм вызван орбитальным движением электронов внутри атомов, создающим крошечные токовые петли, которые создают слабые магнитные поля, согласно HyperPhysics . Когда к материалу прикладывается внешнее магнитное поле, эти токовые петли имеют тенденцию выстраиваться таким образом, чтобы противодействовать приложенному полю. Это заставляет все материалы отталкиваться от постоянного магнита; однако результирующая сила обычно слишком слаба, чтобы ее можно было заметить. Однако есть несколько заметных исключений.

Пироуглерод, вещество, похожее на графит, демонстрирует даже более сильный диамагнетизм, чем висмут, хотя и только вдоль одной оси, и фактически может левитировать над сверхсильным редкоземельным магнитом. Некоторые сверхпроводящие материалы демонстрируют еще более сильный диамагнетизм ниже своей критической температуры (температуры, при которой они становятся сверхпроводящими), и поэтому редкоземельные магниты могут парить над ними. (Теоретически из-за их взаимного отталкивания один может левитировать над другим.)

Парамагнетизм возникает, когда материал временно становится магнитным при помещении в магнитное поле и возвращается в свое немагнитное состояние, как только внешнее поле удаляется. Когда приложено магнитное поле, некоторые спины неспаренных электронов выравниваются с полем и подавляют противоположную силу, создаваемую диамагнетизмом. Однако эффект заметен только при очень низких температурах, говорит Дэниел Марш, профессор физики Южного государственного университета Миссури.

Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул располагаются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, которое включает как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия. Кроме того, ферримагнетизм можно рассматривать как комбинацию ферромагнетизма и антиферромагнетизма из-за многих общих черт между ними, но он все же имеет свою уникальность, по данным Калифорнийского университета в Дэвисе. .

Электричество и магнетизм

Инфографика, показывающая, как работает правило правой руки Флеминга. (Изображение предоставлено: fridas через Shutterstock)

Связанный контент

Когда проводник перемещается в магнитном поле, поле индуцирует ток в проводе. И наоборот, магнитное поле создается электрическим зарядом в движении, например, когда по проводу течет ток. Таким образом, все электрические провода в вашем доме создают крошечные магнитные поля. Эта взаимосвязь между электричеством и магнетизмом описывается законом индукции Фарадея , который лежит в основе электромагнитов, электродвигателей и генераторов. Заряд, движущийся по прямой линии, как по прямому проводу, создает магнитное поле, которое закручивается по спирали вокруг провода. Когда этот провод превращается в петлю, поле принимает форму пончика или тора.

Постоянный ток также может создавать постоянное поле в одном направлении, которое может включаться и выключаться вместе с током. Затем это поле может отклонить подвижный железный рычаг, вызывая слышимый щелчок. Это основа телеграфа, изобретенного в 1830-х годах Сэмюэлем Ф. Б. Морзе , который позволял осуществлять связь на большие расстояния по проводам с использованием двоичного кода, основанного на длинных и коротких импульсах, согласно Библиотеке. Конгресса (откроется в новой вкладке). Опытные операторы посылали импульсы, быстро включая и выключая ток с помощью подпружиненного переключателя мгновенного действия или ключа. Затем другой оператор на принимающей стороне переводил слышимые щелчки обратно в буквы и слова.

Катушку вокруг магнита также можно заставить двигаться по схеме с различной частотой и амплитудой, чтобы индуцировать ток в катушке. Это основа для ряда устройств, в первую очередь для микрофона (откроется в новой вкладке). Звук заставляет диафрагму двигаться внутрь и наружу вместе с меняющимися волнами давления. Если диафрагма соединена с подвижной магнитной катушкой вокруг магнитного сердечника, она будет производить переменный ток, аналогичный падающим звуковым волнам. Затем этот электрический сигнал может быть усилен, записан или передан по желанию. Крошечные сверхсильные редкоземельные магниты используются для изготовления миниатюрных микрофонов для сотовых телефонов, сказал Марш в интервью Live Science.

Когда этот модулированный электрический сигнал подается на катушку, он создает колеблющееся магнитное поле, которое заставляет катушку перемещаться внутри и снаружи магнитного сердечника по той же схеме. Затем катушка прикрепляется к подвижному конусу динамика, чтобы он мог воспроизводить слышимые звуковые волны в воздухе. По данным Смитсоновского института, первым практическим применением микрофона и динамика стал телефон, запатентованный Александром Грэмом Беллом в 1876 году. Хотя эта технология была улучшена и усовершенствована, она по-прежнему является основой для записи и воспроизведения звука.

Применение электромагнитов почти бесчисленно. Закон индукции Фарадея формирует основу для многих аспектов нашего современного общества, включая не только электродвигатели и генераторы, но и электромагниты всех размеров. Тот же принцип, который используется гигантским краном для подъема старых автомобилей на свалку, также используется для выравнивания микроскопических магнитных частиц на жестком диске компьютера для хранения двоичных данных, и каждый день разрабатываются новые приложения.

Штатный писатель Таня Льюис внесла свой вклад в этот отчет.

Дополнительные ресурсы

Национальная лаборатория сильных магнитных полей (открывается в новой вкладке) — крупнейшая и самая мощная магнитная лаборатория в мире. Исследователи бесплатно пользуются оборудованием для изучения материалов, энергии и жизни.
Образовательный курс по физике плазмы в Интернете (открывается в новой вкладке) содержит интерактивный модуль, посвященный основным понятиям, связанным с электричеством и магнетизмом.
В Центре космических полетов имени Годдарда НАСА представлены уроки «Ранняя история электричества и магнетизма (открывается в новой вкладке)» и «Исследование магнитосферы Земли (открывается в новой вкладке)».

Библиография

НАСА, «Магнитосфера Земли», https://www.nasa.gov/magnetosphere (открывается в новой вкладке)

«Магнетизм». ОТКРЫТИЕ НАУКИ. Gale Research, 1996. Воспроизведено в Discovering Collection. Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Gale Group. Декабрь 2000 г. http://galenet.galegroup.com/servlet/DC/ (открывается в новой вкладке)

Гриффитс, Дэвид Дж. (1998). Введение в электродинамику (3-е изд.) (открывается в новой вкладке). Прентис Холл. ISBN 978-0-13-805326-0. OCLC 40251748.

Джим Лукас — автор статей для Live Science. Он охватывает физику, астрономию и инженерное дело. Джим окончил Университет штата Миссури, где получил степень бакалавра наук в области физики, а также астрономию и техническое письмо. После окончания университета он работал в Лос-Аламосской национальной лаборатории системным администратором, техническим писателем-редактором и специалистом по ядерной безопасности. Помимо написания статей, он редактирует статьи в научных журналах по различным тематическим направлениям.

Что такое магнетизм? Факты о магнитных полях и магнитной силе

(Изображение предоставлено: TEK IMAGE через Getty Images)

Сила Лоренца обладает тем специфическим свойством, что заставляет частицы двигаться под прямым углом к их первоначальному движению.

Некоторые материалы, такие как железо, известны как постоянные магниты, что означает, что они могут поддерживать постоянное магнитное поле. Это наиболее распространенные формы магнитов, встречающиеся в повседневной жизни. Другим материалам, таким как железо, кобальт и никель, можно придать временное магнитное поле, поместив их в более мощное поле, но в конечном итоге эти материалы потеряют свой магнетизм.