Магниты кажутся обыденными предметами, но на самом деле скрывают в себе удивительные свойства. Почему железо притягивается к магниту? Откуда берется магнитное поле и как оно работает? В этой статье мы рассмотрим свежий взгляд на природу магнитов и ответим на вопрос "Как работает магнит?". Узнаете много нового и интересного!
История открытия магнитных свойств
История изучения магнитных явлений насчитывает несколько тысячелетий. Первые упоминания о способности магнитных камней притягивать железо относятся еще к античным временам.
Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус, который обнаружил, что железный наконечник его посоха и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом».
Уже в 6 веке до н.э. древнегреческий философ Фалес описывал свойства магнитного камня и его способность притягивать железо. Но первое научное изучение магнетизма началось только в 13 веке благодаря работам ученого Петра Перегрина.
В 1269 году Петр Перегрин в своем труде «Книга о магните» указал основные свойства магнита: наличие двух полюсов, которые нельзя разделить, явления притяжения и отталкивания.
К 12-13 векам магнитный компас уже применялся для навигации в Европе, Китае и других регионах. В 1600 году английский врач Уильям Гильберт продолжил изучение магнетизма и описал многие новые эффекты.
Современные представления о строении магнитов
Согласно современным представлениям, магнитные свойства вещества обусловлены движением электрических зарядов на микроуровне. Простейшим магнитом можно считать электрон, обладающий собственным магнитным моментом. Электромагнитное взаимодействие осуществляется посредством обмена виртуальными частицами - фотонами.
Любой магнит представляет собой диполь, то есть имеет два полюса. Попытки обнаружить магнитные монополи пока не увенчались успехом. Магнитные свойства зависят от структуры вещества и движения электронов. Различают несколько типов магнитных материалов:
- Диамагнетики
- Парамагнетики
- Ферромагнетики
- Антиферромагнетики
- Ферримагнетики
Намагниченность магнита определяется по формуле:
M = χmH
где χm - магнитная восприимчивость, H - напряженность магнитного поля.
Как устроен постоянный магнит?
Постоянный магнит изготавливается из ферромагнетика - вещества, способного сохранять остаточную намагниченность после снятия внешнего поля. Это свойство обусловлено особой кристаллической структурой.
Магнитные свойства зависят от величины остаточной индукции Br и коэрцитивной силы Hc.
В качестве материалов для постоянных магнитов чаще всего используют железо, никель, кобальт и их сплавы, а также редкоземельные металлы.
| Материал | Br, Гс | Hc, кА/м |
| Железо | 10 000 | 500 |
| Альнико | 13 000 | 640 |
| Неодимовый магнит | 14 500 | 9200 |
Постоянные магниты широко используются в технике благодаря возможности создавать магнитное поле без затрат энергии.
Как создается магнитное поле?
Согласно современным представлениям, магнитное поле имеет электромагнитную природу и возникает при движении электрических зарядов. Этот вывод был сделан после ряда важных открытий.
В 1820 году датский физик Ганс Эрстед случайно обнаружил, что электрический ток отклоняет магнитную стрелку. Это наблюдение положило начало установлению связи между электричеством и магнетизмом.
Французский ученый Андре Ампер развил идеи Эрстеда. Он выдвинул теорию, что магнитные свойства веществ обусловлены круговыми токами движущихся зарядов. Ампер также изобрел соленоид - катушку с током, которая вела себя как магнит.
Современная квантовая теория объясняет магнетизм особенностями движения электронов в атомах различных веществ. Чтобы создать сильный магнит, необходимо выстроить электроны так, чтобы их магнитные моменты суммировались.
Применение магнитов в быту и промышленности
На основе постоянных магнитов и электромагнитов создано множество полезных устройств, которые широко применяются в быту и промышленности.
Электромагнит представляет собой катушку с сердечником, при пропускании тока через которую возникает магнитное поле. Электромагниты используются в электрозвонках, реле, контакторах и других устройствах.
Постоянные магниты благодаря своей компактности и не нуждаемости в электропитании нашли применение во многих переносных приборах - часах, телефонах, динамиках, наушниках.
Безопасное использование магнитов
Несмотря на кажущуюся безобидность, при неправильном обращении магниты могут представлять определенную опасность для здоровья человека.
Сильные магнитные поля влияют на работу кардиостимуляторов, поэтому люди с вживленным кардиостимулятором должны избегать магнитов.
Особую осторожность следует проявлять при наличии в организме металлических имплантатов или инородных объектов, которые могут перемещаться под действием магнита.
Магниты в детском возрасте
Магнитные игрушки привлекают внимание детей, однако родителям стоит помнить о потенциальной опасности. Дети иногда засовывают мелкие магниты в нос или проглатывают их.
При проглатывании двух или более магнитов возникает угроза сдавливания тканей из-за их притяжения друг к другу через стенки кишечника. Это может привести к серьезным травмам и даже летальному исходу.
Утилизация магнитов
Отслужившие свой срок магниты требуют безопасной утилизации, чтобы предотвратить случайное попадание к детям.
Размагнитить постоянный магнит можно сильным ударом или нагреванием выше точки Кюри. Электромагниты теряют магнетизм при выключении тока.
Утилизировать магниты лучше путем сдачи в пункты приема металлолома, где их отправят на переплавку.
