Почему магниты притягиваются

Почему магнит притягивает железо

Магнитом является тело, которое обладает собственным магнитным полем. В магнитном поле ощущается некоторое воздействие на внешние предметы, которые находятся рядом, наиболее очевидное – способность магнита притянуть металл.

Магнит и его свойства были известны и древним грекам, и китайцам. Они заметили странное явление: к некоторым природным камням притягиваются маленькие кусочки железа. Это явление сначала называли божественным, использовали в ритуалах, но с развитием естествознания стало очевидно, что свойства имеют вполне земную природу, объяснил которую впервые физик из Копенгагена Ганс Христиан Эрстед. Он открыл в 1820 году некую связь у электрического разряда тока и магнита, что и породило учение об электротоке и магнитном притяжении.

Естественнонаучные исследования

Эрстед, проводя эксперименты с магнитной стрелкой и проводником, приметил следующую особенность: разряд энергии, направленный в сторону к стрелке, мгновенно на нее действовал, и она начинала отклоняться.

Стрелка всегда отклонялась, с какой бы стороны он не подошел.

Продолжать многократные эксперименты с магнитом стал физик из Франции Доминик Франсуа Араго, взяв за основу трубку из стекла, перемотанную металлической нитью, посередине этого предмета он установил железный стержень. С помощью электричества, находившееся внутри железо начинало резко намагничиваться, из-за этого стали прилипать различные ключи, но стоило отключить разряд, и ключи сразу падали на пол. Исходя из происходящего физик из Франции Андре Ампер, разработал точное описание всего происходящего в этом эксперименте.

Когда магнит притягивает к себе металлические предметы, это кажется волшебством, но в действительности «волшебные» свойства магнитов связаны всего лишь с особой организацией их электронной структуры. Поскольку электрон, вращающийся вокруг атома, создает магнитное поле, все атомы являются маленькими магнитами; однако в большинстве веществ неупорядоченные магнитные эффекты атомов уравновешивают друг друга.

Касание конца магнита к металлическим скрепкам приводит к возникновению у каждой скрепки северного и южного полюса. Эти полюса ориентируются в том же направлении, что и у магнита. Каждая скрепка стала магнитом.

Бесчисленные маленькие магнитики

Некоторые металлы имеют кристаллическую структуру, образованную атомами, сгруппированными в магнитные домены. Магнитные полюса доменов обычно имеют различное направление (красные стрелки) и не оказывают суммарного магнитного воздействия.

Образование постоянного магнита

Обычно магнитные домены железа ориентированы бессистемно (розовые стрелки), и естественный магнетизм металла не проявляется. Если к железу приблизить магнит (розовый брусок), магнитные домены железа начинают выстраиваться вдоль магнитного поля (зеленые линии). Большинство магнитных доменов железа быстро выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля. В результате железо само становится постоянным магнитом.

Магнитный эффект

Сегодня очевидно, что дело не в чудесах, а в более чем уникальной характеристике внутреннего устройства электронных схем, которые образуют магниты. Электрон, который постоянно вращается вокруг атома, образует то самое магнитное поле. Микроатомы обладают магнитным эффектом и состоят в полном равновесии, но магниты своим притяжением влияют на некоторые виды металлов, таких как: железо, никель, кобальт.
Эти металлы еще называют ферромагнетиками. В непосредственной близости с магнитом атомы сразу начинают перестраиваться и образовывать магнитные полюса. Атомные магнитные поля существуют в упорядоченной системе, их называют еще доменами. В этой характерной системе находятся два полюса противоположные друг другу – северный и южный.

Применение

Северный полюс магнита притягивает к себе южный, но два одинаковых полюса сразу же отталкивают друг друга.

Современная жизнь без магнитных элементов невозможна, ведь они находятся практически во всех технических приборах, это и компьютеры, и телевизоры, и микрофоны, и многое другое. В медицине широко применяется магнит в обследованиях внутренних органов, при магнитных терапиях.

Следите за новостями!

В материале использованы фото и выдержки из:

Какая сила заставляет магнит притягивать, и как её применяют

Большинство людей знает, что железо притягивается магнитом, в то время как некоторые другие металлы, например, медь, серебро или золото, с ним не взаимодействуют. Тем не менее немногие способны объяснить, что заставляет магнит притягивать, и почему его силе подвластно именно железо. Чтобы получить ответ, необходимо исследовать явление на атомарном уровне.

Природа явления

Магнетизм — физическое свойство материалов притягиваться или отталкиваться друг от друга под воздействием силовых полей электрической природы. Вокруг каждого из атомов вращающиеся электроны создают магнитное поле. В обычных материалах направления этих полей хаотичны, и их взаимодействие нейтрализует друг друга. В некоторых материалах образуются макроскопические области, известные как домены, атомы в них структуризированы так, что весь рассматриваемый участок материала имеет чётко выраженные полюса.

В магнитах большинство доменов сориентированы полюсами в одном направлении. Чем большее их количество имеет однородную направленность, тем сильнее производимое ими поле. Это объясняет, почему из разбитого пополам магнита образуются два с северными и южными полюсами.

Чтобы получить постоянный магнит, необходимо принудительно структурировать домены в материале однонаправленно.

Долговечность и постоянство полученного результата зависит от количества силы, приложенной для организации доменов. Трудно намагничиваемые вещества надолго сохраняют свои качества и наоборот. Намагниченные материалы можно принудительно лишить их свойств двумя способами:

• Подвергнуть воздействию сильного поля в обратном направлении.
• Нагреть материал выше температуры Кюри — тепло меняет структуру вещества и, как следствие, домены теряют свою упорядоченность.

Хотя отдельные атомы любого вещества обладают полем, это не означает, что само вещество может приобрести магнитные свойства. В большинстве твёрдых тел электроны выстраиваются в пары так, что их магнитные поля взаимно компенсируются. Исключения составляют материалы с неспаренными электронами, какая-то часть из них способна взаимодействовать с магнитами, перестраивая в их присутствии полюса доменов. Объяснение некоторых деталей, почему эта качество встречается не так часто, относится к области, довольно сложной для людей, не знакомых глубоко с физикой. К широко известным магнитным материалам относят:

История открытия и применения

Магнетизм для людей в глубоком прошлом, скорее всего, должен был казаться волшебством. Ещё древние греки и китайцы обнаруживали осколки метеоритного железа или природные материалы, которые использовали как стрелку компаса для определения направления. Тем не менее первые искусственные магниты были изготовлены лишь в XVIII веке, и даже дальнейший прогресс в создании материалов с сильно выраженными свойствами был медленным. Основные даты открытий выглядят так:

• 1740 г. — Говин Найт разработал процесс производства намагниченной стали.
• 1750 г. — Джон Мичелл опубликовал в Кембридже восемьдесят страниц своего трактата, посвящённого теоретическим основам создания материалов со структурированными доменами.
• 1820 г. — описание Андре Мари Ампером явления электромагнетизма.
• 1855 г. — публикация Майклом Фарадеем теории электромагнитной индукции.
• 1920-е гг. — сформулированы принципы создания сильномагнитных сплавов.
• Середина XX в. — разработаны современные технологии изготовления ферритов.
• 1970-е гг. — начало производства редкоземельных магнитов.

Виды и особенности магнитов

Магниты также могут быть созданы с помощью электричества. Если намотать провод на железный сердечник и пустить по виткам электрический ток, появится магнитное поле. Такое явление называется электромагнетизмом, для него характерна возможность создавать очень сильные поля.

Самые выраженные свойства можно наблюдать у катушек из сверхпроводников. Подобные устройства не нуждаются в сердечниках и требуют для своей работы крайне низких температур.

Среди веществ, обладающих способностями к притяжению без помощи электричества, наиболее выраженными являются материалы на основе редкоземельных металлов. Известны своей выдающейся мощностью неодимовые изделия. Поскольку некоторые магниты создают весьма сильные поля, существуют правила хранения и обращения с ними:

• Всегда проявлять большую осторожность при общении с сильными магнитами. Они могут травмировать людей, притягиваясь или отталкиваясь друг от друга.
• Держать их на расстоянии от чувствительных носителей информации, таких как дискеты, кредитные карты, жёсткие диски.
• Хранит желательно в закрытых контейнерах.
• Складировать в состоянии притяжения друг к другу.
• С целью предотвратить размагничивание слабоустойчивых магнитов хранить в комплекте с железными пластинами, соединяющими полюса.
• Исключить попадание в пищевой тракт из-за их способности склеиваться через стенки кишечника и блокировать кровообращение тканей. Извлечение чаще всего требует хирургического вмешательства.

Самым сильный из доступных наблюдению магнитов — наша планета. В центре Земли вращается жидкое ядро, состоящее из металлического железа. Обычные материалы теряют магнитные свойства при нагреве, сохранение их в жидком состоянии — редкое исключение. Но если расплавленный металл находится в постоянном вращении, атомы могут споляризироваться в одном направлении.

Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом?

Возможность магнита притягивать к себе различные металлические предметы наверняка хорошо знакома каждому. Присутствие их в повседневной жизни остается практически незамеченным, например, в виде различных изображений на дверцах холодильника. Не говоря уже о применении магнитов в медицине и других отраслях. Как устроен магнит и какие вещества он притягивает, помимо железа?

Что такое магнит и как он устроен?
Магнит – это тело, которое обладает собственным магнитным полем. Магниты бывают нескольких видов:

1. Постоянные – изделия, которые после однократного намагничивания сохраняют данное свойство. Магниты разделяются на несколько подвидов в зависимости от силы и других параметров.

2. Временные – функционируют по принципу постоянных, но лишь тогда, когда располагаются в сильном магнитном поле. Например, изделия из так называемого мягкого железа (гвозди, скрепки и т.п.).

3. Электромагниты представляют собой провода, плотно намотанные на каркас. Как правило, такое устройство оснащено железным сердечником. Работает оно лишь при условии прохождения по проводу электрического тока.

Постоянный магнит – наиболее привычный и распространенный. Для его изготовления чаще всего используют следующие сочетания материалов:

• неодим-железо-бор;
• альнико или сплав ЮНДК (железо, алюминий, никель, кобальт);
• самарий-кобальт;
• ферриты (соединения оксидов железа и других металлов-ферримагнетиков).

Магнетизм
Любой магнит имеет южный и северный полюс. Одинаковые полюса отталкиваются, а противоположные – притягиваются.

Интересный факт: магниты зачастую изготавливаются в виде подковы. Это делается для того, чтобы полюса располагались максимально близко друг к другу. Таким образом, создается сильное магнитное поле, которое способно притягивать более крупные части металла.

Почему магнит притягивает лишь определенные вещества?
Принцип его работы построен на создании магнитного поля при помощи движущихся электронов. В целом электрон является простейшим магнитом. А любая заряженная частица, находящаяся в движении, образует магнитное поле. Если движущихся частиц много, а их перемещение происходит вокруг одной оси, получается тело с магнитными свойствами.

Почему в таком случае магнит не притягивает все вещества подряд? В состав атома входит ядро, а также электроны, вращающиеся вокруг него. У электронов есть специальные уровни, по которым они вращаются, или орбиты. На каждом таком уровне расположено по 2 электрона. Причем вращаются они в разных направлениях.

Однако есть вещества под названием ферромагнетики. Некоторые электроны у них непарные. Соответственно, определенное их количество может вращаться в одном и том же направлении. Так создается магнитное поле вокруг каждого атома вещества.

Обычно атомы находятся в произвольном порядке. В таком случае поля уравновешивают друг друга. Но если же направить магнитные поля всех атомов в одном направлении, получается магнит. Примечательно, что притягиваться могут разные металлы и другие вещества, но намного слабее по сравнению с ферромагнетиками. Чтобы ощутить притяжение, необходимо задействовать очень сильный магнит.

Направление магнитного поля
К ферромагнетикам относятся такие металлы, как железо, кобальт, никель, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий. Также аналогичными свойствами характеризуются некоторые металлические сплавы и соединения. Количество ферромагнетиков неметаллического происхождения не так велико или пока мало изучено. К ним относится, например, оксид хрома.

Магнитной восприимчивостью характеризуются вещества (преимущественно металлы), которые обладают определенной структурой. Их называют ферромагнетиками – это вещества, у которых магнитные поля атомов складываются в одном направлении. Помимо железа, к ферромагнетикам относятся кобальт, никель, тербий, гадолиний, диспрозий, гольмий, эрбий. Также магнит притягивает некоторые сплавы и даже неметаллические вещества – например, оксид хрома.

Почему магнит не притягивает органические вещества?

На самом деле, взаимодействие магнита с веществами имеет гораздо больше вариантов, чем просто «притягивает» или «не притягивает». Железо, никель, некоторые сплавы — это металлы, которые из-за своего специфического строения очень сильно притягиваются магнитом. Подавляющее большинство других металлов, а также прочих веществ тоже взаимодействуют с магнитными полями — притягиваются или отталкиваются магнитами, но только в тысячи и миллионы раз слабее. Поэтому для того, чтобы заметить притяжение таких веществ к магниту, надо использовать чрезвычайно сильное магнитное поле, которое в домашних условиях и не получишь.

Справа вы видите знаменитую фотографию живой (!) лягушки, подвешенной в воздухе исключительно на магнитном поле. Напряженность магнитного поля в этом эксперименте была очень велика — она более чем в 100 000 раз превышала земное магнитное поле. Такие магнитные поля в домашних условиях не получить. А знаменитой эта фотография стала из-за того, что автору этого исследования в 2000 году присудили Шнобелевскую премию — пародию на Нобелевскую премию, вручаемую за бессмысленные и бесполезные исследования. В данном случае, наверное, вручатели поспешили с выводами.

Но раз к магниту притягиваются все вещества, то исходный вопрос можно переформулировать так: «Почему же тогда именно железо так сильно притягивается магнитом, что проявления этого легко заметить в повседневной жизни?» Ответ таков: это определяется строением и связью атомов железа. Любое вещество сложено из атомов, связанных друг с другом своими внешними электронными оболочками. Чувствительны к магнитному полю именно электроны внешних оболочек, именно они определяют магнетизм материалов. У большинства веществ электроны соседних атомов чувствуют магнитное поле «как попало» — одни отталкиваются, другие притягиваются, а какие-то вообще стремятся развернуть предмет. Поэтому если взять большой кусок вещества, то его средняя сила взаимодействия с магнитом будет очень маленькая.

У железа и похожих на него металлов есть особенная черта — связь между соседними атомами такова, что они чувствуют магнитное поле скоординированно. Если несколько атомов «настроены» так, чтобы притягиваться к магниту, то они заставят и все соседние атомы делать то же самое. В результате в куске железа «хотят притягиваться» или «хотят отталкиваться» все атомы сразу, и из-за этого получается очень большая сила взаимодействия с магнитом.

“У железа и похожих на него металлов есть особенная черта – связь между соседними атомами такова, что они чувствуют магнитное поле скоординированно”.

Что означают здесь выражения “связь такова”, “чувствуют”, “скоординировано”? Кто или что осуществляет “координацию” всех атомов данного тела? Каким образом осуществляется координация? В чем “нетаковость” связей атомов в органических веществах? Думается, в данном случае тайна магнетизма “деткам” не раскрыта.
Но, быть может, сгодится такой ответ?
Если согласиться, что каждый атом в теле “ощущает” (“чувствует”) внешнее магнитное поле (ВМП) своими внешними – свободными, несвязанными – электронами и что внутренние электроны атома “не поддаются” ВМП, то выходит, что атомы реагируют на присутствие ВМП постольку, поскольку движения их несвязанных электронов во внешнем электронном слое (а они создают, кстати, собственные магнитные поля) не уравновешены движением других электронов: слой не заполнен и связи с электронами др. веществ, например кислорода-окислителя, нет. При этом в присутствии ВМП у таких веществ как железо происходит как бы резонанс в колебаниях внешних электронов всех атомов: одни и те же электроны слоя в каждом атоме занимают ближайшее положение к одному и тому же полюсу магнита в один и тот же момент времени или, можно сказать, “скоординировано”. Это и делает магнетизм железа “сильным”, а также и “долгим”, наподобие “скоординированного” движения электронов на внутренних слоях атомов.
Соответственно, у “магнитослабых” веществ резонанс во внешних электронных слоях атомов под действием ВМП либо не происходит – движение во внешнем слое уравновешено достатком собственных либо “чужих” электронов; ВМП “бессильно” в нарушении этого электромагнитного равновесия точно по той же причине, что и для внутреннего слоя электронов в атоме,- либо резонанс внешних электронов всех атомов тела выражен “плохо”, нарушается некоторой хаотичностью.
Опыт с “лягушачьим” ВМП показывает, на мой взгляд, что резонанс электронов можно организовать, если в составе тела есть подходящие, т.е. “правильно” реагирующие на ВМП, атомы. Если тело будет состоять только из атомов, внешние электронные слои которых не испытывают дефицита электронов, то такое тело не будет реагировать на ВМП от постоянного магнита.

“Если несколько атомов ‘настроены’ так, чтобы притягиваться к магниту, то они заставят и все соседние атомы делать то же самое”.

Здесь у слова “настроены” кавычки не нужны, потому что имеется в виду именно настроенный – либо естественно, либо искусственно – процесс намагничивания вещества, т.е. введения в более или менее длительный резонанс движения внешних электронов атомов, хаотичного в других условиях. А вот слово “заставят” следует поставить в кавычки. Если, конечно, у толкователя нет желания “одухотворять” атомы, вводить в изначально неживую природу некую субъективность. К тому же, не атомы “заставят”, а ВМП организует внутри вещества резонансное движение внешних электронов всех его подходящих атомов. Ибо уже намагниченные атомы не сами по себе “заставят”, а через создание около себя (самостоятельного) ВМП.

Извините, если что не так. С уважением как к читателям, так и к писателям :-))

Почему магниты притягиваются

Войти

Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом?

Возможность магнита притягивать к себе различные металлические предметы наверняка хорошо знакома каждому. Присутствие их в повседневной жизни остается практически незамеченным, например, в виде различных изображений на дверцах холодильника. Не говоря уже о применении магнитов в медицине и других отраслях. Как устроен магнит и какие вещества он притягивает, помимо железа?

Что такое магнит и как он устроен?
Магнит – это тело, которое обладает собственным магнитным полем. Магниты бывают нескольких видов:

1. Постоянные – изделия, которые после однократного намагничивания сохраняют данное свойство. Магниты разделяются на несколько подвидов в зависимости от силы и других параметров.

2. Временные – функционируют по принципу постоянных, но лишь тогда, когда располагаются в сильном магнитном поле. Например, изделия из так называемого мягкого железа (гвозди, скрепки и т.п.).

3. Электромагниты представляют собой провода, плотно намотанные на каркас. Как правило, такое устройство оснащено железным сердечником. Работает оно лишь при условии прохождения по проводу электрического тока.

Постоянный магнит – наиболее привычный и распространенный. Для его изготовления чаще всего используют следующие сочетания материалов:

• неодим-железо-бор;
• альнико или сплав ЮНДК (железо, алюминий, никель, кобальт);
• самарий-кобальт;
• ферриты (соединения оксидов железа и других металлов-ферримагнетиков).

Магнетизм
Любой магнит имеет южный и северный полюс. Одинаковые полюса отталкиваются, а противоположные – притягиваются.

Интересный факт: магниты зачастую изготавливаются в виде подковы. Это делается для того, чтобы полюса располагались максимально близко друг к другу. Таким образом, создается сильное магнитное поле, которое способно притягивать более крупные части металла.

Почему магнит притягивает лишь определенные вещества?
Принцип его работы построен на создании магнитного поля при помощи движущихся электронов. В целом электрон является простейшим магнитом. А любая заряженная частица, находящаяся в движении, образует магнитное поле. Если движущихся частиц много, а их перемещение происходит вокруг одной оси, получается тело с магнитными свойствами.

Почему в таком случае магнит не притягивает все вещества подряд? В состав атома входит ядро, а также электроны, вращающиеся вокруг него. У электронов есть специальные уровни, по которым они вращаются, или орбиты. На каждом таком уровне расположено по 2 электрона. Причем вращаются они в разных направлениях.

Однако есть вещества под названием ферромагнетики. Некоторые электроны у них непарные. Соответственно, определенное их количество может вращаться в одном и том же направлении. Так создается магнитное поле вокруг каждого атома вещества.

Обычно атомы находятся в произвольном порядке. В таком случае поля уравновешивают друг друга. Но если же направить магнитные поля всех атомов в одном направлении, получается магнит. Примечательно, что притягиваться могут разные металлы и другие вещества, но намного слабее по сравнению с ферромагнетиками. Чтобы ощутить притяжение, необходимо задействовать очень сильный магнит.

Направление магнитного поля
К ферромагнетикам относятся такие металлы, как железо, кобальт, никель, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий. Также аналогичными свойствами характеризуются некоторые металлические сплавы и соединения. Количество ферромагнетиков неметаллического происхождения не так велико или пока мало изучено. К ним относится, например, оксид хрома.

Магнитной восприимчивостью характеризуются вещества (преимущественно металлы), которые обладают определенной структурой. Их называют ферромагнетиками – это вещества, у которых магнитные поля атомов складываются в одном направлении. Помимо железа, к ферромагнетикам относятся кобальт, никель, тербий, гадолиний, диспрозий, гольмий, эрбий. Также магнит притягивает некоторые сплавы и даже неметаллические вещества – например, оксид хрома.