Физические явления примеры магнитных, механических, звуковых, электрических и световых в таблице кратко
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 460.
Обновлено 10 Августа, 2021
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 460.
Обновлено 10 Августа, 2021
Физика — это наука об окружающей нас природе, она устанавливает самые общие закономерности, существующие между материальными объектами, и описывает их в виде физических законов. Любая из таких закономерностей проявляется в виде событий, называемых физическими явлениями. Поговорим об этих явлениях, рассмотрим их разнообразие и виды.
Физические явления в природе
Природа — это всё, что нас окружает. Земля, Солнце, воздух, предметы, люди, космос — всё это природа. Природа вечна и бесконечна.
Рис. 1. Природа.Формой существования объектов в природе является движение в широком смысле — то есть всевозможные изменения, происходящие с ними. Не существует объектов, в которых бы никогда не происходило никаких изменений.
Форма объекта, положение относительно других объектов, внутренняя структура, взаимодействия — хотя бы часть из этих характеристик любого предмета со временем всегда изменяется.
Изменения, происходящие с объектами в природе, объединяются под общим названием «явления». Большинство из них (но не все) изучает физика, поэтому такие явления называются физическими. Физическое явление — это явление, происходящее с материальными объектами, при котором предметы и вещества меняют своё состояние и характеристики, но при этом не появляется новых веществ.
Имеется одно исключение. Ядерная физика изучает явления, происходящие с атомным ядром, при которых одни вещества могут превращаться в другие.
Виды физических явлений
К физическим явлениям относятся механические, тепловые, звуковые электромагнитные, световые и некоторые другие процессы. Их можно представить в виде таблицы:
Приведём примеры физических явлений разных видов.
Механические явления
Механика изучает движение в узком смысле.
То есть изменение положения тел в пространстве со временем и взаимодействие между этими телами.
Примеры механических явлений — это движение и соударение предметов, разгон и торможение, уравновешивание весов, земное притяжение, движения планет, сжатие пружины, всплывание предметов в жидкости.
Тепловые явления
Примеры тепловых явлений — нагрев и остывание, кипение и конденсация, плавление и затвердевание.
Звуковые явления
Акустика изучает закономерности появления звука и его распространения в различных средах.
К звуковым явлениям относится сам звук, его слышимость, звуковоспроизведение и звукоизоляция.
Электромагнитные явления
Электродинамика изучает все, что относится к особой форме материи — электромагнитному полю.
Примеры электромагнитных явлений — это молния, электризация предметов, работа электрических приборов, движение тока по проводам, магнитные взаимодействия, работа электронных устройств.
Световые явления
Оптика изучает законы распространения света.
К световым явлениям относятся появление теней и полутеней, увеличение линзы, разложение белого света в спектр.
Явления, не изучаемые физикой
В заключение приведём пример явлений, которые физика не изучает. В первую очередь, это явления, относящиеся к смежным наукам. Например, превращения одних веществ в другие изучаются химией. Законы количественных соотношения и закономерностей изучаются математикой. Математика — это фактически «язык физики», физические наблюдения становятся законами только тогда, когда они выражены количественно на языке математики.
Кроме того, вне интересов физики лежат явления, происходящие в обществе, мыслительные процессы, искусство, религия, интересы людей. Эти явления изучаются гуманитарными науками.
Рис. 3. Гуманитарные науки.Что мы узнали?
Физика изучает природные явления. Природа — это всё, что окружает нас. К физическим явлениям относятся механические, тепловые, звуковые, электромагнитные, световые процессы, происходящие в природе.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Ростислав Радченко
10/10
Надежда Залиева
8/10
Оценка доклада
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 460.
А какая ваша оценка?
какие физические явления мы наблюдаем прямо за завтраком
Ежедневно мы проводим на кухне 1-2 часа. Кто-то меньше, кто-то больше. При этом мы редко задумываемся о физических явлениях, когда готовим завтрак, обед или ужин. А ведь большей их концентрации в бытовых условиях, чем на кухне, в квартире и быть не может. Поэтому опыты по физике на кухне — хорошая возможность объяснить законы этой науки детям!
Теги:Нетленка
Еда
Открытия
Физика
Природа
Getty Images
1.
ДиффузияС этим физическим явлением на кухне мы сталкиваемся постоянно. Его название образовано от латинского diffusio — взаимодействие, рассеивание, распространение. Это процесс взаимного проникновения молекул или атомов двух граничащих веществ. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения тела (объему), и разности концентраций, температур смешиваемых веществ. Если есть разница температуры, то она задает направление распространения (градиент) — от горячего к холодному. В итоге происходит самопроизвольное выравнивание концентраций молекул или атомов.
На кухне это физическое явление можно наблюдать при распространении запахов. Благодаря диффузии газов, сидя в другой комнате, можно понять, что готовится. Как известно, природный газ не имеет запаха, и к нему примешивают добавку, чтобы легче было обнаружить утечку бытового газа. Резкий неприятный запах добавляет одорант, например, этилмеркаптан. Если с первого раза конфорка не загорелась, то мы можем чувствовать специфический запах, который с детства мы знаем, как запах бытового газа.
А если бросить в кипяток крупинки чая или заварной пакетик и не размешивать, то можно увидеть, как распространяется чайный настой в объеме чистой воды. Это диффузия жидкостей. Хорошей иллюстрацией физики на кухне – диффузии в твердом теле — может быть засолка помидоров, огурцов, грибов или капусты. Кристаллы соли в воде распадаются на ионы Na и Cl, которые, хаотически двигаясь, проникают между молекулами веществ в составе овощей или грибов.
2. Смена агрегатного состояния
Мало кто из нас замечал, что в оставленном стакане с водой через несколько дней испаряется такая же часть воды при комнатной температуре, как и при кипячении в течение 1−2 минут. А замораживая продукты или воду для кубиков льда в холодильнике, мы не задумываемся, как это происходит. Между тем, эти самые обыденные и частые кухонные явления легко объясняются физикой. Жидкость обладает промежуточным состоянием между твердыми веществами и газами. При температурах, отличных от кипения или замерзания, силы притяжения между молекулами в жидкости не так сильны или слабы, как в твердых веществах и в газах.
Поэтому, например, только получая энергию (от солнечных лучей, молекул воздуха комнатной температуры) молекулы жидкости с открытой поверхности постепенно переходят в газовую фазу, создавая над поверхностью жидкости давление пара. Скорость испарения растет при увеличении площади поверхности жидкости, повышении температуры, уменьшении внешнего давления. Если температуру повышать, то давление пара этой жидкости достигает внешнего давления. Температуру, при которой это происходит, называют температурой кипения. Температура кипения снижается при уменьшении внешнего давления. Поэтому в горной местности вода закипает быстрее.
И наоборот, молекулы воды при понижении температуры теряют кинетическую энергию до уровня сил притяжения между собой. Они уже не двигаются хаотично, что позволяет образоваться кристаллической решетке как у твердых тел. Температура 0 °C, при которой это происходит, называется температурой замерзания воды. При заморозке вода расширяется. Многие могли познакомиться с таким физическим явлением на кухне, когда помещали пластиковую бутылку с напитком в морозилку для быстрого охлаждения и забывали об этом, а после бутылку распирало.
При охлаждении до температуры 4 °C сначала наблюдается увеличение плотности воды, при которой достигается ее максимальная плотность и минимальный объем. Затем при температуре от 4 до 0 °C происходит перестройка связей в молекуле воды, и ее структура становится менее плотной. При температуре 0 °C жидкая фаза воды меняется на твердую. После полного замерзания воды и превращения в лед ее объем вырастает на 8,4%, что и приводит к распиранию пластиковой бутылки. Содержание жидкости во многих продуктах мало, поэтому они при заморозке не так заметно увеличиваются в объеме.
3. Абсорбция и адсорбция
Эти два почти неразделимых физических явления, которые получили свое название от латинского sorbeo (поглощать), на кухне наблюдаются, например, при нагревании воды в чайнике или кастрюле. Газ, не действующий химически на жидкость, может, тем не менее, поглощаться ею при соприкосновении с ней. Такое явление называется абсорбцией. При поглощении газов твердыми мелкозернистыми или пористыми телами большая их часть плотно скапливается и удерживается на поверхности пор или зерен и не распределяется по всему объему.
В этом случае процесс называют адсорбцией. Эти явления можно наблюдать при кипячении воды — со стенок кастрюли или чайника при нагревании отделяются пузырьки. Воздух, выделяемый из воды, содержит 63% азота и 36% кислорода. А в целом атмосферный воздух содержит 78% азота и 21% кислорода.
Поваренная соль в незакрытой емкости может стать влажной из-за своих гигроскопических свойств — поглощения из воздуха водяного пара. А сода выступает в качестве адсорбента, когда ее ставят в холодильник для удаления запаха.
4. Проявление закона Архимеда
Приготовившись сварить курицу, мы наполняем кастрюлю водой примерно наполовину или на ¾ в зависимости от размера курицы. Погружая тушку в кастрюлю с водой, мы замечаем, что вес курицы в воде заметно уменьшается, а вода поднимается к краям кастрюли.
Это физическое явление объясняется выталкивающей силой или законом Архимеда. В этом случае на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме погруженной части тела.
Эта сила называется силой Архимеда, как и сам физический закон, объясняющий это явление.
5. Поверхностное натяжение
Многие помнят опыты с пленками жидкостей, которые показывали на уроках физики в школе. Небольшую проволочную рамку с одной подвижной стороной опускали в мыльную воду, а затем вытаскивали. Силы поверхностного натяжения в образовавшейся по периметру пленке поднимали нижнюю подвижную часть рамки. Чтобы сохранить ее неподвижной, к ней подвешивали грузик при повторном проведении опыта. Это же физическое явление можно наблюдать и на вашей кухне в дуршлаге — после использования в дырочках дна этой кухонной посуды остается вода. Такое же явление можно наблюдать после мойки вилок — на внутренней поверхности между некоторыми зубьями также есть полоски воды.
Физика жидкостей объясняет это явление так: молекулы жидкости настолько близки друг к другу, что силы притяжения между ними создают поверхностное натяжение в плоскости свободной поверхности. Если сила притяжения молекул воды пленки жидкости слабее силы притяжения к поверхности дуршлага, то водная пленка разрывается.
Также силы поверхностного натяжения заметны, когда мы будем сыпать в кастрюлю с водой крупу или горох, бобы, или добавлять круглые крупинки перца. Некоторые зерна останутся на поверхности воды, тогда как большинство под весом остальных опустятся на дно. Если кончиком пальца или ложкой слегка надавить на плавающие крупинки, то они преодолеют силу поверхностного натяжения воды и опустятся на дно.
6. Смачивание и растекание
Вот еще одно знакомое всем физическое явление, которое можно наблюдать на кухне: на плите с жировой пленкой пролитая жидкость может образовать маленькие пятна, а на столе — одну лужицу. Все дело в том, что молекулы жидкости в первом случае сильнее притягиваются друг к другу, чем к поверхности плиты, где есть несмачиваемая водой жировая пленка, а на чистом столе притяжение молекул воды к молекулам поверхности стола выше, чем притяжение молекул воды между собой. В результате лужица растекается.
Это явление также относится к физике жидкостей и связано с поверхностным натяжением.
Как известно, мыльный пузырь или капли жидкости имеют шарообразную форму из-за сил поверхностного натяжения. В капле молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильней, чем к молекулам газа, и стремятся внутрь капли жидкости, уменьшая площадь ее поверхности. Но, если есть твердая смачиваемая поверхность, то часть капли при соприкосновении растягивается по ней, потому что молекулы твердого тела притягивают молекулы жидкости, и эта сила превосходит силу притяжения между молекулами жидкости. Степень смачивания и растекание по твердой поверхности будет зависеть от того, какая сила больше — сила притяжения молекул жидкости и молекул твердого тела между собой или сила притяжения молекул внутри жидкости.
Это физическое явление с 1938 года широко стали использовать в промышленности, в производстве бытовых товаров, когда в лаборатории компании DuPont был синтезирован материал Teflon (политетрафлуороэтилен). Его свойства используются не только в изготовлении посуды с антипригарным покрытием, но и в производстве непромокаемых, водоотталкивающих тканей и покрытий для одежды и обуви.
Teflon отмечен в «Книге рекордов Гинесса» как самая скользкая субстанция в мире. Он имеет очень низкие поверхностное натяжение и адгезию (прилипание), не смачивается ни водой, ни жирами, ни многими органическими растворителями.
7. Теплопроводность
Одно из самых частых физических явлений на кухне, которое мы можем наблюдать — это нагрев чайника или воды в кастрюле. Теплопроводность — это передача теплоты через движение частиц, когда есть разница (градиент) температуры. Среди видов теплопроводности есть и конвекция. В случае одинаковых веществ, у жидкостей теплопроводность меньше, чем у твердых тел, и больше по сравнению с газами. Теплопроводность газов и металлов возрастает с повышением температуры, а жидкостей — уменьшается. С конвекцией мы сталкиваемся постоянно, помешиваем ли мы ложкой суп или чай, или открываем окно, или включаем вентиляцию для проветривания кухни. Конвекция — от латинского convectiō (перенесение) — вид теплообмена, когда внутренняя энергия газа или жидкости передается струями и потоками.
Различают естественную конвекцию и принудительную. В первом случае слои жидкости или воздуха сами перемешиваются при нагревании или остывании. А во втором случае — происходит механическое перемешивание жидкости или газа — ложкой, вентилятором или иным способом.
8. Электромагнитное излучение
У многих людей на кухне есть микроволновка. И она тоже работает на основе физических явлений. Микроволновку иногда называют сверхвысокочастотной печью, или СВЧ-печью. Основной элемент каждой микроволновки — магнетрон, который преобразует электрическую энергию в сверхвысокочастотное электромагнитное излучение частотой до 2,45 гигагерц (ГГц). Излучение разогревает еду, взаимодействуя с ее молекулами. В продуктах есть дипольные молекулы, содержащие на противоположных своих частях положительные электрические и отрицательные заряды. Это молекулы жиров, сахара, но больше всего дипольных молекул в воде, которая содержится почти в любом продукте. СВЧ-поле, постоянно меняя свое направление, заставляет с высокой частотой колебаться молекулы, которые выстраиваются вдоль силовых линий так, что все положительные заряженные части молекул «смотрят», то в одну, то в другую сторону.
Возникает молекулярное трение, выделяется энергия, что и нагревает пищу.
9. Индукция
На кухне все чаще можно встретить индукционные плиты, в основе работы которых заложено это физическое явление. Английский физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году и с тех пор без нее невозможно представить нашу жизнь. Фарадей обнаружил возникновение электрического тока в замкнутом контуре из-за изменения магнитного потока, проходящего через этот контур. Известен школьный опыт, когда плоский магнит перемещается внутри спиралеобразного контура из проволоки (соленоида), и в ней появляется электрический ток. Есть и обратный процесс — переменный электроток в соленоиде (катушке) создает переменное магнитное поле.
По такому же принципу работает и современная индукционная плита. Под стеклокерамической нагревательной панелью (нейтральна к электромагнитным колебаниям) такой плиты находится индукционная катушка, по которой течет электроток с частотой 20−60 кГц, создавая переменное магнитное поле, наводящее вихревые токи в тонком слое (скин-слое) дна металлической посуды.
Из-за электрического сопротивления посуда нагревается. Эти токи не более опасны, чем раскаленная посуда на обычных плитах. Но чтобы это физическое явление запустилось, посуда должна быть стальной или чугунной, обладающей ферромагнитными свойствами (притягивать магнит).
10. Преломление света
Угол падения света равен углу отражения, а распространение естественного света или света от ламп объясняется двойственной, корпускулярно-волновой природой: с одной стороны — это электромагнитные волны, а с другой — частицы-фотоны, которые двигаются с максимально возможной во Вселенной скоростью. На кухне можно наблюдать такое оптическое явление, как преломление света. Например, когда на кухонном столе стоит прозрачная ваза с цветами, то стебли в воде как бы смещаются на границе поверхности воды относительно своего продолжения вне жидкости. Дело в том, что вода, как линза, преломляет лучи света, отраженные от стеблей в вазе.
Исследователи получают представление о физическом явлении, которое приводит к землетрясениям
Ученые стали лучше предсказывать, где будут происходить землетрясения, но они все еще не знают, когда они произойдут и насколько разрушительными они будут.
В поисках подсказок, которые помогут им лучше понять землетрясения, ученые Пенсильванского университета изучают явление, называемое старением. При старении чем дольше материалы находятся в контакте друг с другом, тем больше усилий требуется для их перемещения. Это сопротивление называется статическим трением. Чем дольше что-то, например неисправность, находится в неподвижном состоянии, тем больше накапливается статическое трение и тем сильнее становится неисправность.
Даже когда разлом остается неподвижным, тектоническое движение все еще происходит; напряжение накапливается в разломе по мере смещения плит, пока, наконец, они не сместятся настолько, что превысят силу трения покоя и начнут скользить. Поскольку разлом со временем становился сильнее, напряжение может возрасти до больших уровней, и затем высвобождается огромное количество энергии в виде мощного землетрясения.
«Этот механизм старения имеет решающее значение в основе нестабильного поведения разломов, которые приводят к землетрясениям», — сказал Роберт Карпик, профессор Джона Генри Тауна и заведующий кафедрой машиностроения и прикладной механики в Школе инженерии и прикладных наук Пенна.
«Если бы у вас не было старения, то разлом двигался бы очень легко, и поэтому вы могли бы получать гораздо более мелкие землетрясения, которые происходили бы чаще, или, может быть, даже просто плавное движение. Старение приводит к возникновению редких сильных землетрясений, которые могут быть разрушительными».
Ученые десятилетиями изучали движение разломов и старение геологических материалов на макроуровне, создавая феноменологические теории и модели для описания своих экспериментальных результатов. Но вот с этими моделями есть проблема.
«Модели не являются фундаментальными, не имеют физической основы, а это означает, что мы не можем вывести эти модели из фундаментальной физики», — сказал Кайвен Тиан, аспирант факультета искусств и наук Университета Пенсильвании.
Но проект в Пенсильвании направлен на то, чтобы понять трение горных пород с более физической точки зрения в наномасштабе.
В своей последней статье, опубликованной в Physical Review Letters, исследователи подтвердили первую фундаментальную теорию, описывающую старение и объясняющую, что происходит при увеличении нагрузки.
Исследованием руководили Тиан и Карпик. Дэвид Голдсби, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Пенсильванского университета; Изабела Шлуфарска, профессор материаловедения и инженерии Университета Висконсин-Мэдисон; выпускник UW Юн Лю; и Нитья Госвами, ныне доцент кафедры прикладной механики ИИТ Дели, также внесли свой вклад в исследование.
Предыдущая работа группы показала, что статическое трение имеет логарифмическую зависимость от времени. Это означает, что если материалы находятся в контакте в 10 раз дольше, то сила трения, необходимая для их перемещения, удваивается. В то время как ученые наблюдали такое поведение горных пород и геологических материалов в макроскопическом масштабе, эти исследователи наблюдали его в наномасштабе.
В этом новом исследовании исследователи варьировали нормальную силу воздействия на материалы, чтобы выяснить, как нагрузка влияет на поведение при старении.
— Это очень важный вопрос, потому что нагрузка может иметь два эффекта, — сказал Тиан.
«Если вы увеличиваете нагрузку, вы увеличиваете площадь контакта. Это также может повлиять на местное давление».
Чтобы изучить это, исследователи использовали атомно-силовой микроскоп для изучения прочности соединения в месте соприкосновения двух поверхностей. Они использовали оксид кремния, потому что он является основным компонентом многих каменных материалов. Использование небольшого наноразмерного наконечника АСМ гарантирует, что интерфейс состоит из одной точки контакта, что упрощает оценку напряжений и площади контакта.
Они поднесли наноразмерный наконечник из оксида кремния к образцу оксида кремния и удерживали его там. По прошествии достаточного количества времени они сдвинули наконечник и измерили силу, необходимую для начала скольжения. Карпик сказал, что это аналогично тому, как положить блок на пол, дать ему постоять некоторое время, а затем толкнуть его и измерить, какое усилие требуется, чтобы блок начал двигаться.
Они наблюдали, что происходило, когда они сильнее давили в нормальном направлении, увеличивая нагрузку.
Они обнаружили, что удвоили нормальную силу, а затем удвоили и требуемую силу трения.
Чтобы объяснить это, нужно очень внимательно изучить механизм, приводящий к увеличению силы трения.
«Ключ, — сказал Карпик, — заключается в том, что мы показали в наших результатах, как сочетаются зависимость силы трения от времени выдержки и зависимость силы трения от нагрузки. Это согласуется с моделью, которая предполагает, что сила трения увеличивается, потому что мы получаем химические связи, образующиеся на границе раздела, поэтому количество этих связей увеличивается со временем. А когда мы нажимаем сильнее, мы увеличиваем площадь контакта между наконечником и образцом, в результате чего трение увеличивается с нормальной силой».
До этого исследования было высказано предположение, что более сильное нажатие также может способствовать более легкому формированию этих связей. Исследователи обнаружили, что это не так: в хорошем приближении увеличение нормальной силы просто увеличивает количество контактов и количество мест, где атомы могут реагировать.
В настоящее время группа изучает, что происходит, когда наконечник находится на образце в течение очень короткого промежутка времени. Раньше они рассматривали время удержания от одной десятой секунды до целых 100 секунд. Но теперь они рассматривают шкалы времени даже короче одной десятой секунды.
Глядя на очень короткие временные рамки, они могут получить представление о деталях энергетики химических связей, чтобы увидеть, могут ли одни связи образовываться легко, а для образования других требуется больше времени. Изучение связей, которые образуются легко, важно, потому что они формируются первыми и могут дать представление о том, что происходит в самом начале контакта.
В дополнение к лучшему пониманию землетрясений эта работа может привести к созданию более эффективных наноустройств. Поскольку многие микро- и наноустройства сделаны из кремния, понимание трения является ключом к тому, чтобы эти устройства работали более плавно.
Но самое главное, исследователи надеются, что когда-нибудь в будущем лучшее понимание старения позволит им предсказать, когда произойдут землетрясения.
«Места землетрясений можно довольно хорошо предсказать, — сказал Карпик, — но когда произойдет землетрясение, предсказать очень трудно, и это в основном потому, что отсутствует физическое понимание механизмов трения, лежащих в основе землетрясений. Нам предстоит пройти долгий путь, чтобы связать эту работу с землетрясениями. Тем не менее, эта работа дает нам более фундаментальное представление о механизме этого старения, и в долгосрочной перспективе мы считаем, что такого рода идеи могут помочь нам лучше предсказывать землетрясения и другие явления трения».
Это исследование было поддержано грантом отдела наук о Земле Национального научного фонда.
Сложные плетеные конструкции из скирмионов 24 октября 2021 г.
Исследователи из Юлиха обнаружили струнообразные структуры, состоящие из скирмионов. Выше смоделированные модели шести скирмионов при различной напряженности магнитного поля; ниже изображения таких структур, наблюдаемых в тонкой пленке, с помощью просвечивающей электронной микроскопии.
Предоставлено: Forschungszentrum Jülich
Группа ученых из Германии, Швеции и Китая открыла новое физическое явление: сложные плетеные структуры, состоящие из крошечных магнитных вихрей, известных как скирмионы. Скирмионы были впервые обнаружены экспериментально немногим более десяти лет назад и с тех пор стали предметом многочисленных исследований, а также послужили возможной основой для инновационных концепций обработки информации, обеспечивающих более высокую производительность и более низкое энергопотребление. Кроме того, скирмионы влияют на магниторезистивные и термодинамические свойства материала. Таким образом, открытие имеет значение как для прикладных, так и для фундаментальных исследований.
Веревки, нити и плетеные конструкции можно увидеть повсюду в повседневной жизни, от шнурков до шерстяных пуловеров, от косичек в детских волосах до плетеных стальных тросов, которые используются для поддержки бесчисленных мостов. Эти структуры также часто встречаются в природе и могут, например, придавать растительным волокнам прочность на растяжение или изгиб.
Физики из Forschungszentrum Jülich вместе с коллегами из Стокгольма и Хэфэя обнаружили, что такие структуры существуют на наноуровне9.0003
Наномасштаб относится к чрезвычайно маленькому масштабу длины, обычно порядка нанометров (нм), что составляет одну миллиардную часть метра. В этом масштабе материалы и системы демонстрируют уникальные свойства и поведение, которые отличаются от наблюдаемых в более крупных масштабах. Приставка «нано-» происходит от греческого слова «нанос». что означает «карлик»; или “очень маленький”. Наномасштабные явления имеют отношение ко многим областям, включая материаловедение, химию, биологию и физику.
” data-gt-translate-attributes='[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]’>наномасштаб в сплавах железа и металлоидного германия. Каждая из этих нанострун изготовлена состоит из нескольких скирмионов, в большей или меньшей степени скрученных вместе, как нити веревки.Каждый скирмион сам состоит из магнитных моментов, направленных в разные стороны и вместе образующих вытянутый крошечный вихрь.
Отдельная нить скирмиона имеет диаметр менее одного микрометра.Длина магнитных структур ограничена только толщиной образца, они простираются от одной поверхности образца до противоположной поверхности.
Более ранние исследования других ученых показали, что такие нити в основном линейные и имеют почти стержнеобразную форму. Однако микроскопические исследования сверхвысокого разрешения, проведенные в Центре Эрнста Руска в Юлихе, и теоретические исследования в Юлихском институте Петера Грюнберга выявили более разнообразную картину: на самом деле нити могут скручиваться друг с другом в разной степени. По словам исследователей, эти сложные формы стабилизируют магнитные структуры, что делает их особенно интересными для использования в ряде приложений.
«Математика содержит великое множество таких структур. Теперь мы знаем, что эти теоретические знания можно воплотить в реальных физических явлениях», — с удовольствием сообщает физик из Юлиха доктор Николай Киселев. «Эти типы структур внутри магнитных твердых тел предполагают уникальные электрические и магнитные свойства.
Однако для подтверждения этого необходимы дальнейшие исследования».
Чтобы объяснить расхождение между этими исследованиями и предыдущими, исследователь указывает, что анализы с использованием электронного микроскопа сверхвысокого разрешения не просто дают изображение образца, как в случае, например, оптического микроскопа . Это связано с тем, что квантово-механические явления вступают в игру, когда электроны высокой энергии взаимодействуют с электронами в образце.
«Вполне возможно, что другие исследователи также видели эти структуры под микроскопом, но не смогли их интерпретировать. Это связано с тем, что по полученным данным невозможно напрямую определить распределение направлений намагниченности в образце. Вместо этого необходимо создать теоретическую модель образца и сгенерировать из нее некое электронно-микроскопическое изображение», — поясняет Киселев. «Если теоретическое и экспериментальное изображения совпадают, можно сделать вывод, что модель способна отображать реальность».