Электромагнитные явления

Электромагнитные явления

«Магнит» – камень из Магнезии (город в Малой Азии) .

Первое упоминание в 1110 г. до н.э. в Китае.

Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом», по названию местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа.

Магниты

Постоянные магниты

Электромагниты

Естественные

Искусственные

(ферромагнетики:

(магнитная руда,

железо, никель, кобальт)

Земля)

По химическому составу магнетит состоит на 31% из FeO и на 69% из Fe2O3.

Постоянные магниты – тела,

длительное время сохраняющие намагниченность

Свойства магнитов: Уильям Гильберт (1600 г.) книга «О магните»

• Любой магнит имеет два полюса – северный и южный;
• Разноименные полюса магнита притягиваются, а одноименные – отталкиваются;
• Самое сильное притяжение к полюсам магнита;
• Невозможно получить магнит с одним полюсом, даже если разделить его на атомы;
• Магнит оказывает действие и через преграды, при удалении от магнита его действие ослабевает;
• При сильном нагревании магнитные свойства искусственных магнитов исчезают (у разных веществ при разной температуре);
• Земной шар – большой магнит;
• Магнит, подвешенный на нитке, ориентируется в пространстве, указывая на север и юг.

Магнитное поле

Магнитное поле – особая форма материи, которая существует реально, но не воспринимается нашими органами чувств.

• Магнитное поле возникает вокруг постоянных магнитов и проводников, по которым протекает электрический ток.
• Магнитное поле обнаруживается по действию на стрелку компаса и проводник с током.
• Магнитное поле изображается линиями магнитной индукции В . Линии магнитной индукции замкнуты, они выходят из северного полюса (N) и заходят в южный (S).

Постоянные магниты

1. Магнитный железняк

1820 г. – гипотеза Ампера:

Причина магнетизма – молекулярные токи.

Электроны, вращающиеся вокруг ядра, являются молекулярным током. Движущиеся электрические заряды порождают магнитное поле.

Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу вследствие теплового движения молекул, составляющих тело, то их взаимодействия взаимно компенсируются и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает.

У железной руды все атомы выстроены так, что электроны вращаются в одной плоскости и в одном направлении, поэтому МП всех атомов направлены одинаково, а значит усиливают общее МП.

Постоянные магниты

2. Ферромагнетики

• У любых веществ молекулярные токи ориентированы беспорядочно, поэтому МП атомов скомпенсированы, вещество не намагничено.
• Под действием внешнего МП молекулярные токи выстраиваются в одном направлении. Вещество намагничивается.
• Если после того как убрать внешнее МП, намагниченность вещества сохраняется, то вещество само становится постоянным магнитом. Такие вещества называются ферромагнетиками (Fe, Ni, Co, и их сплавы - альнико, магнико) они усиливают внешнее МП внутри себя;
• Парамагнетики – почти не изменяют внешнего МП внутри себя. Такие вещества, такие, как платина, алюминий, и кислород которые слабо притягиваются к магниту.
• Диамагнетики – ослабляют действие внешнего МП внутри себя. К ним относится большинство веществ.

Постоянные магниты

3. Земля

Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. Самое сильное магнитное поле у Юпитера и Сатурна, за ними следуют Земля, Меркурий и Марс. Нейтронные звезды являются самыми сильными магнитами во Вселенной. Их магнитное поле во много миллиардов раз больше, чем магнитное поле Земли.

Основная  причина  наличия  магнитного поля  Земли   в  том,  что  ядро  состоит  из  раскаленного  железа.  Конвективные движения электропроводящего вещества в жидком ядре планеты порождают магнитное поле планеты.

Магнитное поле Земли - предмет изучения геомагнетизма .

Постоянные магниты

3. Земля

Графически магнитное поле Земли похоже на магнитное поле постоянного магнита.

S магнитный полюс (76° с.ш., 101° з.д.)

N магнитный полюс (66° ю.ш., 141° в.д.)

Магнитная ось отклонена от географической на 11,5°

По последним данным магнитные полюса дрейфуют со скоростью 10 км/год.

Постоянные магниты

3. Земля

Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км.  Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей, определяет характер погоды. Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра. Он простирается за орбиту Луны в ночную сторону Земли.

Магнитные аномалии

Кратковременные

магнитные аномалии

Магнитные бури, вызванные солнечным ветром

Постоянные

магнитные аномалии

Залежи магнитного железняка – Курская, Бразильская, Канадская, Сибирская магнитные аномалии

Результатом   взаимодействия   заряженных  частиц  "солнечного  ветра"  с  атмосферой  Земли  в  северных  широтах является такое явление, как "полярное сияние".

Использование магнитов

• Магнитные носители информации: VHS кассеты содержат катушки из магнитной ленты . Видео и звуковая информация кодируется на магнитном покрытии на ленте. Также в компьютерных дискетах и жестких дисках запись данных происходит на тонком магнитном покрытии.
• Кредитные , дебетовые , и ATM карты: Все эти карточки имеют магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует информацию, необходимую для соединения с финансовым учреждением и связи с их счетами.
• Электродвигатели и генераторы : электродвигатели преобразовывают электрическую энергию в механическую энергию. Генератор, наоборот, преобразует механическую энергию в электрическую энергию.
• Трансформаторы : устройства передачи электрической энергии между двумя обмотками провода, которые электрически изолированы, но связаны магнитно.
• Компасы : является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля Земли.
• Маглев : поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

• Магнитное поле Земли служит многим живым организмам для ориентации в пространстве. Некоторые морские бактерии располагаются в придонном иле под определенным углом к силовым линиям магнитного поля Земли, что объясняется наличием в них маленьких ферромагнитных частиц.
• Мухи и другие насекомые "садятся" предпочтительно в направлении поперек или вдоль магнитных линий магнитного поля Земли. Например,   термиты располагаются на отдых так, что оказываются головами в одном направлении: в одних группах — параллельно, в других — перпендикулярно линиям магнитного поля.
• Ориентиром для перелетных птиц также служит магнитное поле Земли. Недавно ученые узнали, что у птиц в области глаз располагается маленький магнитный "компас" — крохотное тканевое поле, в котором расположены кристаллы магнетита, обладающие способностью намагничиваться в магнитном поле.
• Ботаники установили восприимчивость растений к магнитным полям. Оказывается сильное магнитное поле влияет на рост растений.  

Это любопытно

• На городской площади гватемальского городка Демокрасия стоит дюжина древних фигур, найденных при раскопках городища ольмеков. Эти скульптуры «Толстые мальчики» более трех тысяч лет назад были высечены из глыб магнитной породы. Интересно, что магнитные силовые линии как бы выходят из живота «толстяков»! Кроме «толстых мальчиков», древние ольмеки умели высекать фигуры морских черепах с намагниченной головой, связывая, вероятно, способность черепах находить правильный курс в открытом море.
• В китайских летописях есть описания магнитных ворот, через которые не мог пройти недоброжелатель с оружием.
• Существует рассказ о часовне Магомета с магнитным сводом, под которым парит железный сундук с прахом пророка. Однако европейским путешественникам ни разу не удалось увидеть этой диковины.
• Плиний писал, что александрийский архитектор Хинократ начал делать свод храма Арсинои из магнитного камня, для того чтобы железная фигура Арсинои висела в воздухе; этот замысел не был, по-видимому, осуществлен. Многие историки церкви утверждают, что в александрийском храме Сераписа статуя бога Солнца могла, к изумлению молящихся, взлететь к потолку, увлекаемая силой большого магнита.

Магнитное поле электрического тока

1820 г. Ханс Эрстед обнаружил МП около проводника, по которому протекает электрический ток.

Электрический ток (движущиеся заряды) всегда порождает магнитное поле.

Направление электрического тока и направление линий магнитной индукции связаны правилом буравчика (правой руки).

МП прямого тока

МП кругового тока

МП катушки с током

Магнитное поле катушки с током выглядит как магнитное поле полосового магнита, то есть у катушки с током можно выделить N и S полюса.

Электромагниты

Электромагнит – это катушка, по которой протекает электрический ток. (Соленоид)

Магнитное действие электромагнита усиливается, если:

• Увеличить количество витков катушки.
• Увеличить силу тока, протекающего через катушку.
• Ввести внутрь катушки сердечник из ферромагнетика.

В 1825 г. английский инженер Вильям Стерджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов позволила широко применять их в технике.