Постоянные магниты. Магнитное поле Земли
⚡ Физика · 8 класс
Полюсы магнитов, магнитные линии и объяснение работы компаса магнитным полем планеты.
Постоянные магниты
Постоянный магнит — это тело, длительно сохраняющее намагниченность и создающее вокруг себя магнитное поле. Магниты притягивают железо, сталь, чугун, никель, кобальт и некоторые их сплавы. Такие вещества называют ферромагнитными. Медь, алюминий, дерево, стекло магнит практически не притягивает. Сильнее всего притяжение проявляется у концов магнита — его полюсов; в середине магнита притяжение почти не заметно.
Полюсы магнита
У любого магнита всегда два полюса: северный (его обозначают буквой N) и южный (обозначают S). Если поднести два магнита друг к другу, то одноимённые полюсы отталкиваются, а разноимённые — притягиваются. Это очень похоже на взаимодействие электрических зарядов, но есть важное отличие: разделить магнит так, чтобы получить отдельно северный или отдельно южный полюс, невозможно. Сколько бы раз мы ни ломали магнит, каждый получившийся кусочек снова имеет оба полюса.
| Полюсы | Взаимодействие |
|---|---|
| Северный и северный | Отталкиваются |
| Южный и южный | Отталкиваются |
| Северный и южный | Притягиваются |
Магнитное поле и его линии
Вокруг каждого магнита существует магнитное поле — особый вид материи, через который магниты действуют друг на друга и на железные предметы. Магнитное поле изображают магнитными линиями. За направление линии в каждой точке принимают то направление, которое указывает северный полюс маленькой магнитной стрелки, помещённой в эту точку. Снаружи магнита линии выходят из северного полюса и входят в южный, образуя замкнутые кривые. Картину магнитных линий легко увидеть, если на лист бумаги над магнитом насыпать железные опилки: они выстроятся вдоль линий поля.
Магнитное поле Земли
Земля сама представляет собой огромный магнит, поэтому вокруг неё существует магнитное поле. Именно оно действует на стрелку компаса и заставляет её устанавливаться вдоль направления север—юг. Магнитное поле Земли защищает планету от потоков заряженных частиц, идущих от Солнца, а в полярных областях с этими частицами связаны северные сияния.
Важная особенность: вблизи северного географического полюса находится южный магнитный полюс Земли — поэтому северный конец стрелки притягивается к нему и указывает на север.
Частые ошибки. Магнит притягивает не любой металл: медь и алюминий он практически не притягивает. Отдельный («одинокий») магнитный полюс получить нельзя. Магнитный и географический полюсы Земли не совпадают точно.
Не только ферромагнетики: три типа отклика
Слабое взаимодействие с обычным магнитом не означает полного отсутствия магнитных свойств. Вещество отвечает на внешнее поле за счёт строения атомов и электронного движения. Школьное различие удобно связать с направлением и устойчивостью намагниченности.
| Тип | Отклик | Примеры |
|---|---|---|
| Диамагнетик | Слабая индуцированная намагниченность против внешнего поля; в неоднородном поле стремится к более слабой области | Висмут, медь |
| Парамагнетик | Слабая намагниченность по полю; в неоднородном поле притягивается к более сильной области | Алюминий, кислород |
| Ферромагнетик | Сильный нелинейный отклик, доменная структура, возможна остаточная намагниченность | Железо, никель, кобальт при подходящих условиях |
В простом описании относительная проницаемость μ у диамагнетиков немного меньше 1, у парамагнетиков немного больше 1. У ферромагнетика нельзя считать её универсальной постоянной для любой силы поля и истории образца. Направленное перемещение к области более сильного поля относится к неоднородному полю: не путайте это с поворотом магнитного момента в однородном.
Зачем нужны домены
Ферромагнитный образец может состоять из областей с согласованной намагниченностью — доменов. В ненамагниченном образце их вклады могут в значительной степени компенсироваться. Внешнее поле меняет соотношение и ориентацию доменов; после снятия поля часть упорядочения может сохраниться. Поэтому не каждый кусок железа уже является сильным постоянным магнитом.
При нагреве выше температуры Кюри исчезает ферромагнитное упорядочение; материал не превращается от этого в «вещество без всякого магнитного отклика». Точное значение температуры зависит от состава. Не проверяйте его домашним нагреванием магнита: это не требуется для понимания модели.
Проверка
Почему алюминиевую деталь обычно не удаётся поднять небольшим магнитом, хотя алюминий парамагнитен? Отклик слишком слаб для такого бытового эффекта. Вывод «не поднимается — значит диамагнетик» неверен: опыт не различил слабые типы взаимодействия.
Справочные материалы: Постоянные магниты — исходная тема. Связанные уроки: Что такое колебательный контур, Электростатика.
Кратко о главном
- Постоянный магнит создаёт магнитное поле и притягивает железо, никель, кобальт.
- У магнита всегда два полюса: северный и южный.
- Разноимённые полюсы притягиваются, одноимённые отталкиваются.
- Магнитные линии выходят из северного полюса и входят в южный.
- Разделить полюсы магнита невозможно.
- Земля — магнит, её поле управляет стрелкой компаса.