Магнитное поле - очень интересное явление. В настоящее время его свойства нашли применение во многих областях. А знаете ли вы, что является источником магнитного поля? Прочитав статью, вы узнаете об этом. Кроме того, мы расскажем о некоторых фактах, связанных с магнетизмом. Для начала обратимся к истории.
Немного истории
Магнетизм и электричество - это отнюдь не два разных явления, как ошибочно считалось долгое время. Их взаимосвязь стала понятной лишь в 1820 г., когда датский ученый Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851 гг.) показал, что текущий по проводу электрический ток отклоняет стрелку компаса. Ток всегда создает магнитное поле. При этом не важно, где он протекает - между облаком и землей в виде молнии или в мышце нашего тела.
Еще в древние времена люди пытались выяснить, что является источником магнитного поля. Более того, сделанные открытия применялись на практике. Магнетизм наблюдали и использовали (особенно для целей навигации) за тысячи лет до того, как была выяснена природа электричества, и оно нашло практическое применение. Лишь когда стало известно, что вещество состоит из атомов, было, наконец, установлено, что магнетизм и электричество взаимосвязаны. Где бы ни наблюдался магнетизм, там всегда должен присутствовать и какой-то электрический ток. Однако это открытие было лишь началом новых исследований.
Чем же определяется проявление магнитных свойств материалов в отсутствие какого-либо внешнего источника тока? Движением электронов, создающих электрические токи внутри атомов. Этот тип магнетизма мы и будем здесь рассматривать. Источник вихревого магнитного поля (переменный ток) мы вкратце охарактеризовали.
Магнетит и другие материалы
Свойство притягивать железо и железосодержащие материалы наблюдается в природе у одного интересного минерала. Речь идет о магнетите, одном из химических соединений железа. Вероятно, какая-то его разновидность применялась в первых компасах, изобретенных китайцами. Источником возникновения магнитного поля является не только этот минерал. Некоторым материалам также относительно просто преднамеренно сообщить необходимые свойства. Среди них наиболее известны железо и сталь. И тот, и другой материал легко становится источником магнитного поля.
Постоянные магниты
Вещества, притягивающие железо, образуют особый класс. Их называют постоянными магнитами. Несмотря на название, они способны сохранять необходимые свойства только в течение ограниченного времени. Постоянный магнит в форме бруска демонстрирует силу земного магнетизма. Если он может свободно двигаться, то один его конец всегда поворачивается в направлении Северного полюса Земли, а другой - в направлении Южного. Два конца магнита называются северным и южным полюсами соответственно.
Магниты могут иметь практически любую форму: бруска, подковы, кольца или более сложную. Они используются в электроизмерительных приборах. Полюсы магнитов обозначают так: N (северный) и S (южный). Поговорим о том, как они взаимодействуют.
Притяжение и отталкивание
Разноименные магнитные полюсы притягиваются. Это нам известно еще со школы. Притягивая какой-то другой материал, магнит сначала превращает его в слабый магнит. Одноименные полюсы отталкиваются (хотя это не столь очевидно, как притяжение). Испытывая воздействие магнита, железо и сталь сами становятся магнитами, приобретая противоположную полярность. Именно поэтому они притягиваются к нему. Но если два одинаковых магнита с равными «зарядами» установить близко друг к другу одноименными полюсами, что же произойдет? Наблюдаемая сила отталкивания будет равна силе притяжения, которая действует между двумя разноименными полюсами, установленными на том же расстоянии друг от друга.
Влиянию магнетизма подвержены не только железосодержащие материалы. Однако магнитные явления легче всего наблюдать в чистых металлах. Это, например, железо, никель, кобальт.
Домены
Металлы, которые могут стать источником магнитного поля, состоят из маленьких магнитиков, расположенных случайным образом внутри вещества. Они одинаково ориентированы лишь на малых участках, называемых доменами, которые можно увидеть через электронный микроскоп. В ненамагниченном веществе - поскольку сами домены также ориентированы там в различных направлениях - магнитное поле равно нулю. Следовательно, никакие магнитные свойства в этом случае не наблюдаются. Таким образом, вещество приобретает необходимые свойства лишь при определенных условиях.
Процесс намагничивания состоит в том, что все домены заставляют выстраиваться в одном направлении. Когда они повернуты должным образом, их действия складываются. Вещество в целом становится источником магнитного поля. Если все домены выстроились точно в одном направлении, материал достигает предела своих магнитных способностей. Следует отметить одну важную закономерность. Намагниченность материала в конечном счете зависит от намагниченности доменов. А она, в свою очередь, определяется тем, как расположены внутри доменов отдельные атомы.
Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли уже давно точно измерено и описано, однако до сих пор его не удалось полностью объяснить. Очень упрощенно его можно представить так, как будто между Северным и Южным географическими полюсами расположен некий простой плоский магнит. Это и вызывает некоторые из наблюдаемых эффектов. Но это не объясняет ни весьма необычных изменений интенсивности и даже направления магнитных силовых линий над земной поверхностью, ни того, почему миллионы лет назад расположение магнитных полюсов было противоположно нынешнему, ни того, почему они, хотя и медленно, постоянно движутся. Таким образом, все несколько сложнее.
Модель магнитного поля Земли
Опишем несколько подробнее ее упрощенный вариант. Представим в центре Земли длинный плоский магнит, который будет источником магнитного поля. Что еще необходимо учесть? Магнитные вещества на поверхности земного шара должны быть расположены так, чтобы их полюс, указывающий на север, повернулся в ту сторону, которую мы называем северной (в действительности к южному полюсу воображаемого магнита), а другой полюс - на юг (северный полюс магнита).
Понимание сложных физических процессов вызывает некоторые трудности. И земной магнетизм, и магнетизм маленьких кусочков железа легче объяснить, предполагая, что магнитные силовые линии (часто именуемые линиями магнитного потока) исходят из северного конца магнита, а входят в южный. Это весьма произвольное представление, применяемое только ради удобства, подобно тому, как используются линии широты и долготы, нарисованные на карте. Однако оно помогает нам понять, каков источник магнитного поля Земли.
Силовые линии простого плоского магнита, проходя от одного полюса к другому и охватывая весь магнит, образуют нечто вроде цилиндра. Силовые линии одинакового направления как бы отталкиваются. Они всегда начинаются в полюсе одного типа и оканчиваются в полюсе другого типа и никогда не пересекаются.
В заключение
Итак, мы раскрыли тему "Источник возникновения магнитного поля". Как вы видите, она достаточно обширна. Мы рассмотрели лишь основные понятия, касающиеся этой темы.
