чем создается магнитное поле постоянного магнита физика

Из этой статьи вы узнаете: Что происходит с неодимовым магнитом, если его расплавить или разрезать пополам? Магнит крепче держится на другом магните или на стали? Ослабевает ли магнитная сила магнитов со временем? Влияет ли температура на магнитную силу магнитов? Может ли стекло быть магнитным? Могут ли магниты быть мягкими и гибкими? Есть ли резина, которая реагирует на магнит? Какое самое сильное магнитное поле удалось создать на сегодняшний день? Чувствительны ли живые существа к магнетизму? И многое другое.

Также в статье есть описание пяти экспериментов, которые позволят узнать, насколько сильно неодимовый магнит притягивает яблоко. Вы также узнаете, что произойдет с магнитом, когда вы приблизите к нему горящую свечу и как неодимовый магнит искажает изображение на ЭЛТ-мониторе.

Дальше смотрите ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы, а также несколько идей интересных экспериментов.

1) Что вызывает магнитное поле у ​​магнита?

Распределение магнитного поля представлено линиями магнитной индукции. Линии индукции проходят от северного к южному магнитному полюсу магнита.

2) Почему магнит притягивает только предметы из железа, никеля и кобальта?

3) В яблоке есть железо. Так почему его не притягивает магнит?

Большинство живых организмов и продуктов питания также содержат определенное количество железа, но они не притягиваются магнитом. Почему? Это потому, что в них очень мало железа.

4) Что такое магнитомягкий и твердый материал?

Ферромагнитные вещества можно разделить на магнитомягкие и магнитотвердые, в зависимости от того, как они теряют или сохраняют свои магнитные свойства.

5) Почему в некоторые магнитные вещества добавляют кремний?

6) Что такое Гаусс и Тесла?

7 ) Какое самое сильное магнитное поле удалось создать на сегодняшний день?

Группа ученых из Токийского университета во главе с физиком Содзиро Такеяма создала чрезвычайно сильный электромагнит, который генерировал магнитное поле в 1200 тесла.

8 ) Магнит крепче держится на другом магните или на стали?

Многие спрашивают об этом. Однако однозначного ответа нет. Удерживающая сила зависит от нескольких факторов:

Если сталь достаточно большая, удерживающая сила между сильным магнитом и куском стального листа такая же, как для магнита с магнитом. Сила прижима неодимовых магнитов к стали.

Если кусок стального листа слишком маленький или тонкий, сила между магнитом и сталью меньше. Насколько большим должен быть кусок стали, чем размер магнита? Если вы используете неодимовый магнит размером 12 × 12 мм, то стальной лист должен быть 25 × 25 мм. Сила прижима неодимовых магнитов к стали. Сила прижима неодимовых магнитов к стали.

Если между сталью и магнитом есть зазор, то удерживающая сила между одним магнитом и другим больше, чем между магнитом и сталью.

9 ) Теряют ли магниты прочность, если они длительное время прикреплены к ферромагнитному материалу?

Неодимовые магниты обычно почти постоянно сохраняют магнетизм. Сила, необходимая для размагничивания магнита, называется коэрцитивной силой. Это способность постоянного магнита противостоять размагничиванию во внешнем магнитном поле.

Чем больше коэрцитивная сила магнита, тем лучше он выдерживает размагничивание как внешними, так и собственными магнитными полями и, следовательно, имеет меньшую тенденцию к ослаблению.

Магнитотвердые материалы, используемые для изготовления постоянных магнитов, представляют собой ферромагнитные вещества с высокой коэрцитивной силой. Если вы не подвергаете магниты воздействию высоких температур и других сильных магнитных полей, они будут намагничиваться годами.

10 ) Влияет ли температура на магнитную силу и что такое температура Кюри?

Да, температура влияет на магнитную силу. Температуру Кюри впервые описал французский физик Пьер Кюри, муж Марии Кюри-Склодовской. Какова температура Кюри некоторых материалов? Смотрите на таблицу ниже.

Что происходит с магнитом, если его нагреть выше критической температуры Кюри? Ферромагнитное вещество состоит из диполей, которые образуют небольшие магнитные домены (области). Если магнит намагничен, домены располагаются равномерно.

Например, если вы бросите магнит в огонь, ориентация магнитных доменов резко изменится. При хаотическом расположении доменов магнит теряет свои магнитные свойства.

Посмотрите в видео, как пламя свечи воздействует на кусок никелевой монеты:

1 1 ) Если я разрежу магнит, теоретически должны образоваться два отдельных магнита, которые будут притягиваться на режущей стороне. Это так?

Если вы разрежете стержневой магнит вдоль, вы получите два новых отдельных магнита. Когда вы разрезаете магнит перпендикулярно магнитной оси, магниты будут притягиваться, но если вы разрежете вдоль магнитной оси, обе части будут отталкиваться друг от друга.

1 2 ) Магниты работают в космосе?

Да. Космический вакуум содержит огромное количество пыли, газа, элементарных частиц и переплетен с электромагнитным излучением и магнитными полями. Электрические и магнитные силы в вакууме даже немного сильнее, чем в воздухе на Земле.

1 3 ) Что происходит с магнитом, если его расплавить?

Ферритовые магниты более термостойкие. Их экстремальная температура составляет 250 ° C. А тем более термостойкие самариево-кобальтовые магниты, выдерживающие температуру до 350 ° C.

1 4 ) Как можно заблокировать магнитную силу?

Магниты должны потерять свою магнитную силу, если вы подвергнете их воздействию чрезвычайно высоких температур в течение продолжительных периодов времени, например, когда вы бросите их в огонь. Однако есть так называемые диамагнитные вещества, которые ослабляют магнитное поле и в то же время слабо из него выдавливаются.

Посмотрите видео о диамагнитной левитации:

1 5 ) Что такое антимагнит?

До недавнего времени экранировать магнитное поле было невозможно. Только в 2011 году испанские ученые создали первый антимагнит.

По своей конструкции антимагнит состоит из нескольких слоев. Внутренний слой изготовлен из сверхпроводящего материала, который блокирует выход внутреннего магнитного поля, а также предотвращает проникновение внешнего магнитного поля. Остальные примерно десять слоев сделаны из специальных метаматериалов, предотвращающих взаимные помехи или изменения магнитных полей.

Чем может быть полезен антимагнит? Его можно использовать, например, у пациентов с кардиостимуляторами или слуховыми имплантатами, чтобы они могли проходить обследование с помощью медицинских устройств, генерирующих сильное магнитное поле. Это также поможет защитить корабли от мин, активируемых магнитом.

1 6 ) Что такое биполярный магнит?

1 7 ) Могут ли магниты быть мягкими и гибкими?

Магниты по своей природе твердые, потому что они изготавливаются из твердых материалов. Однако специалисты по производству резиновых уплотнений могут добавлять в силиконовый каучук магнитные частицы, которые в результате могут быть магнитными. Силиконовый каучук остается эластичным и гибким даже при очень низких температурах.

Это используется, например, производителями холодильников и морозильников, которые устанавливают его на двери. Резиновый уплотнитель, заполненный магнитными частицами, хорошо прилегает к плоской и округлой конструкции холодильника, благодаря чему в нее не проникает тепло.

Гибкие магниты также входят в состав магнитных игрушек. Вы можете знать магнитный слайм как игрушку для детей. Изучите дом, может быть, вы найдете резиновые магниты где-нибудь еще.

18 ) Как работает магнитная доска для рисования?

Частью магнитной доски для рисования является магнитный карандаш, которым вы рисуете на доске.

Как работает магнитный стол? Магнитный стол для детей состоит из ячеек, заполненных белой вязкой эмульсией (несжимаемая жидкость с высоким внутренним трением) и железных опилок.

Как удалить нарисованное изображение? Движущаяся магнитная полоса используется для удаления изображения. Вы можете свободно перемещать полосу и удалять только часть рисунка или все изображение. Если не удалить рисунок, он останется на столе несколько лет, пока жидкость не высохнет.

Посмотрите, как работает магнитный стол, на видео:

1 9 ) Является ли свинец магнитным и что такое диамагнетизм?

Посмотрите видео, чтобы увидеть, как пиролитический графит и висмут реагируют на сильный неодимовый магнит :

21 ) Может ли стекло быть магнитным?

Стеклодувы в Богемии производили урановое стекло в основном во второй половине 19 века, а также в 20 веке. Бум пришел с началом холодной войны, когда уран был легко доступен. Но с его окончанием производство уранового стекла резко упало.

Достаточно чувствительный счетчик Гейгера может обнаруживать небольшую степень излучения в урановом стекле с более высокой долей урана. Но большинство кусков уранового стекла эксперты считают безвредными и лишь незначительно радиоактивными.

22) Можно ли зарядить или «перезарядить» постоянный магнит?

23) Что такое поле Хальбаха?

В коротком видео ниже вы увидите, как одна сторона набора постоянных магнитов, расположенных в соответствии с полем Хальбаха, магнитно намного сильнее, чем другая.

Затем солнечные панели проводят электричество к катушке. Эта катушка с электромагнитными свойствами становится магнитной и притягивается к постоянному магниту в основании.

Благодаря этому ротор многократно вращается, и таким образом отдельные панели чередуются. Скорость вращения ротора зависит от интенсивности падающего света. Чем ярче свет, тем быстрее он будет вращаться.

Чтобы лучше понять, посмотрите видео:

25) Что такое супердиамагнетизм?

Сверхпроводящие магниты используются, например, в парящих поездах на магнитной подвеске, где они встраиваются в нижнюю часть шасси поезда.

Кубический магнит, парящий над сверхпроводящим материалом

Поезд на магнитной подвеске

26) Чувствительны ли живые существа к магнетизму?

Да, некоторые животные чувствительны к магнетизму. Они воспринимают силовые линии, проходящие между магнитными полюсами Земли, и в результате ориентируются в своих долгих путешествиях.

Исследователи полагают, что голуби и перелетные птицы используют микроскопические частицы магнетита в своей голове, чтобы ориентироваться, а также криптохромы в глазах птиц.

Криптохромы в сетчатке глаза также помогают осьминогам ориентироваться. Исследователи также обнаружили частицы магнетита у бактерий, лосося, морских черепах, дельфинов, полевок и некоторых млекопитающих.

27) Что такое Курская магнитная аномалия?

Магнитная аномалия вызвана аномальной концентрацией железосодержащих минералов. Одной из таких аномалий является Курская магнитная аномалия в России. Это территория с огромными залежами железной руды и крупнейшая магнитная аномалия на Земле.

Курская магнитная аномалия

Другими известными аномалиями являются, например, магнитная аномалия Банги в Центральной Африке или магнитная аномалия Тигами в Канаде.

28) Есть ли магнитные океаны?

Согласно теории ученых, соленая вода, которая постоянно течет с приливами, создает электрический ток по всей планете. И этот электрический ток притягивает магнитное поле глубоко под земной корой.

5 интересных экспериментов с магнитами

Эксперимент 1. Притягивает ли неодимовый магнит яблоко?

Поставьте банки из-под лимонада или пива друг на друга и положите на них деревянную палочку. Вы можете использовать, например, китайские палочки для еды, которые вы склеиваете.

Соедините два яблока китайской палочкой и повесьте их веревкой на палочке на подставке. Как вы можете видеть на видео ниже. Затем медленно поднесите сверхсильный неодимовый магнит ближе к яблокам, и яблоки начнут медленно двигаться.

Как может яблоко реагировать на магнит? Яблоко содержит небольшое количество железа и поэтому притягивается сильной магнитной силой. Что произойдет, если вы поместите яблоко между двумя сильными магнитами и уроните магниты друг на друга?

Используйте решетку для банок с первой попытки и добавьте другую банку посередине. Поместите сверху плоскую палочку и неодимовый магнитный диск.

Подготовьте 4 монеты, содержащие железо и поместите их друг на друга в вертикальном положении. Что случится? Из-за сильного магнитного поля между сильным магнитом монеты начинают левитировать и вращаться.

Сильный магнит удержит много монет, но сколько? Используйте подставку с магнитом из предыдущего эксперимента и приготовьте несколько монет. Прикрепите первую монету к магниту и постепенно подхватите под себя остальные. Подсчитайте, насколько неодимовый магнит удержит монеты под собой.

Наденьте неодимовый диск на гвоздь и прикрепите его к тискам. Зажгите свечу и нагрейте магнит пламенем. Что теперь происходит с магнитом? Температура пламени свечи составляет около 1000 ° C, этого достаточно, чтобы магнит потерял свои магнитные свойства после нагрева.

Если вы подвергнете неодимовый магнит воздействию температур выше 80 градусов Цельсия в течение длительного времени, его магнитная сила ослабнет.

При таких температурах кристаллическая решетка разрушается, и магнит ослабевает. Если, например, бросить неодимовый магнит в огонь, он потеряет свою магнитную силу.

Предупреждение: эксперименты и игры с сильными неодимовыми магнитами могут быть опасными, остерегайтесь риска травм.

Источник

Магнитное поле: что это такое, определение, виды, силовые линии

Магнитное поле — это поле, которое можно определить как пространство вокруг магнита, в котором действуют магнитные силы.

Как известно, электрический ток может оказывать различные действия, например, тепловые, химические и магнитные. Магнитное действие проявляется, например, в том, что между проводниками с электрическим током возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами.

Магнитное взаимодействие

Еще в древности было замечено, что одни тела притягивают другие тела. Янтарь следует натирать, чтобы он притягивал к себе волосы или обрывки ткани, но магниты всегда притягивают, но только железные предметы. Древние люди также обнаружили, что магнит может заставить другое тело, сделанное из железа, приобрести магнитные свойства, если держать его достаточно близко к магниту. Они также заметили, что две стороны магнита имеют разные свойства — обращенные друг к другу магниты могут притягивать или отталкивать друг друга.

Уже в настоящее время мы знаем, что магнитное поле возникает между полюсами магнитного материала. Полюса бывают северными и южными. Вы, наверное, сами сталкивались с тем, что когда вы сводите два магнита вместе, они либо притягиваются, либо отталкиваются друг от друга. Это происходит потому, что магнитные полюса с разными названиями (север-юг) притягиваются, а полюса с одинаковыми названиями (север-север, юг-юг) отталкиваются.

Магнитное поле тела часто представляют в виде диаграммы линий поля. Если внести ферромагнитное тело в магнитное поле, оно выровняется вдоль линий поля. Ферромагниты — самые известные магниты, создающие постоянное магнитное поле.

Если мы поднесем некоторое количество железных скрепок к магниту, то заметим, что большинство скрепок скопятся на концах магнита (называемых полюсами), потому что магнитная сила там наибольшая. Однако в середине магнита она имеет наименьшее значение. Магнитные силы действуют в пространстве вокруг магнита и создают то самое магнитное поле.

Магнитное поле невидимо, но, используя железные опилки, вы можете наблюдать его эффекты (см. рисунок 1).

Рис. 1. Железные опилки расположены характерным образом — они образуют линии вокруг магнита.
Эти линии показывают форму магнитного поля, которое возникло вокруг стержневого магнита.

Большая часть железных опилок скапливается возле полюсов, а остальные располагаются вдоль линий поля. Они представляют собой линии магнитного поля, которые окружают магнит. Железные опилки намагничиваются, т.е. приобретают магнитные свойства и становятся маленькими магнитами, которые притягивают друг друга.

Изображение линий магнитного поля для некоторых видов магнитов

Начнем с изображения силовых линий магнитного поля. Они используются для визуализации магнитного поля. Вне магнита линии поля всегда идут от северного полюса к южному. Поскольку магнитное поле является замкнутым полем, они должны двигаться с юга на север внутри магнита. Плотность линий поля дает информацию о силе магнитного поля; чем плотнее линии поля, тем больше напряженность магнитного поля.

Магнитное поле стержневого магнита

На рисунке 2 ниже показано магнитное поле стержневого магнита. Стержневой магнит является постоянным, и имеет северный и южный полюсы.

Рис. 2. Магнитное поле стержневого магнита

Если сравнить магнитное поле с электрическим, то вместо плюсового и минусового полюса есть северный и южный. На этом рисунке показан ход линий поля от северного до южного полюса. Здесь также видно, что плотность линий поля не является постоянной для стержневого магнита. На полюсах она выше, чем между полюсами. Это говорит о том, что магнитное поле сильнее непосредственно у полюсов, чем между полюсами.

Магнитное поле подковообразного магнита

Кроме стержневого магнита, существуют и другие формы постоянных магнитов. Одной из важных форм является подковообразный магнит, который может быть круглым или квадратным.

Рис. 3. Магнитное поле подковообразного магнита

Как видите, магнитное поле внутри подковы однородно (см. рисунок 3). Однородность означает, что магнитное поле постоянно и не зависит от местоположения. Однородное магнитное поле на диаграмме линий поля можно распознать по параллельным линиям поля, расположенным на одинаковом расстоянии. Поэтому напряженность магнитного поля в однородном магнитном поле одинакова в каждой точке.

Магнитное поле двух стержневых магнитов

Давайте посмотрим на другой пример магнитного поля (см. рисунок 4 ниже):

Рис. 4. Магнитное поле двух стержневых магнитов

Эти линии поля показывают, что два магнита с одинаковой полярностью отталкиваются друг от друга. Из этого можно сделать вывод, что одинаковые полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются.

Магнитное поле планеты Земля

Но какое отношение имеют полюса магнита к северу и югу Земли? Вы можете приблизиться к ответу, если спросите себя, как работает компас.

Рис. 5. Компас выравнивается по магнитному полю

Земля также имеет магнитное поле (см. рисунок 5), начало которого лежит на полюсах, т.е. на северном и южном полюсах. Стрелка компаса представляет собой постоянный стержневой магнит и выравнивается по этому полю. При этом северная часть стрелки компаса притягивается к южному полюсу магнитного поля Земли. Поэтому географический юг лежит на магнитном севере.

Магнитное поле проводника с электрическим током

Когда вы рассыпаете мелкие металлические опилки вокруг магнита и проводника, по которому течет электрический ток, они образуют определенные геометрические фигуры. Вы уже знаете, что это явление вызвано магнитным полем, создаваемым магнитом. Будет ли то же самое с проводником?

Наличие магнитного поля можно проверить с помощью магнитной стрелки, которая, как известно, является частью компаса. Как мы знаем, магнитная стрелка имеет два полюса: северный и южный. Линию, которая соединяет полюсы магнитной стрелки называют осью. я осью. Кроме того, мы знаем, что северный полюс магнитной стрелки указывает на южный магнитный полюс, а южный полюс стрелки указывает на северный магнитный полюс.

Рядом с магнитом он выравнивается по силовым линиям магнитного поля и указывает на южный полюс. С помощью магнитной стрелки определяются положения магнитных полюсов Земли и географические направления. Возникает ли магнитное поле только вокруг магнитов и Земли? Чтобы выяснить это, нужно провести эксперимент, которые отражает взаимодействие проводника с электрическим током и магнитной стрелки.

Опыт Эрстеда.

Для того, чтобы провести опыт, расположим проводник, который включён в электрическую цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси (см. рисунок 6).

Рис. 6. Взаимодействие проводника с электрическим током и магнитной стрелки

Отклонение магнитной стрелки возле проводника, по которому протекает электрический ток, указывает на наличие магнитного поля. Направление отклонения магнитной стрелки зависит от того, в каком направлении течет электрический ток. Эта связь была открыта Хансом Кристианом Эрстедом в 1820 году. Его опыт имел большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.

Таким образом можно вывести 3 следующих вывода:

Поэтому вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле, а вокруг движущихся зарядов, т.е. электрического тока, существуют и электрическое, и магнитное поля. Магнитное поле возникает вокруг проводника, когда в нем возникает электрический ток, поэтому электрический ток следует рассматривать как источник магнитного поля. Выражения «магнитное поле электрического тока» или «магнитное поле, создаваемое электрическим током» следует понимать в этом смысле.

Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010. [2]

Изменит ли изменение формы проводника форму магнитного поля?

Силовые линии магнитного поля вокруг проводника, скрученного в петлю, уплотняются внутри него. Если проволоку намотать много раз, мы получим катушку, и железные опилки будут располагаться так же, как и вокруг магнита (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Железные опилки отражают линии магнитного поля

Электромагниты и их применение

Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током широко используется в технике и промышленности. Часто используются устройства, называемые электромагнитами. Электромагнит состоит из катушки, сердечника и источника напряжения (см. рисунок 8).

Рис. 8. Структура электромагнита

Ферромагнитный сердечник электромагнита играет важную роль. Внутри него создаются магнитные поля, которые усиливают магнитное поле катушки.

Мелкие изделия из ферромагнитных материалов сильнее всего притягиваются полюсами электромагнита. Таким образом, можно сделать вывод, что магнитное поле вокруг электромагнита похоже на магнитное поле стержневого магнита.

Применение электромагнитов.

Электромагниты имеют различные применения. Например, на складах металлолома электромагнитные краны перемещают разбитые автомобили.

Также электромагниты используются в электрических замках. Когда электрический ток проходит через электромагнит, создается магнитное поле, которое сильно воздействует на металлическую (стальную) часть замка (ригеля). Это приводит к перемещению заслонки и открыванию двери. Когда дверь закрыта, соответствующим образом расположенная пружина перемещает ригель и блокирует замок. Замок можно открыть после повторного подключения электропитания.

Самые сильные электромагниты используются, в том числе, в ускорителях для управления движением частиц с высокой энергией. До недавнего времени магнитное поле, создаваемое токоведущими проводниками, управляло движением электронов в телевизионных кинескопах и компьютерных мониторах.

Источник