Pole magnetyczne to bardzo ciekawe zjawisko. Obecnie jego właściwości znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach. Czy wiesz, jakie jest źródło pola magnetycznego? Po przeczytaniu artykułu dowiesz się o tym. Ponadto porozmawiamy o kilku faktach związanych z magnetyzmem. Zacznijmy od historii.
Trochę historii
Magnetyzm i elektryczność nie są w żadnym wypadku dwoma różnymi zjawiskami, jak błędnie sądzono przez długi czas. Ich związek stał się jasny dopiero w 1820 roku, kiedy duński naukowiec Hans Christian Oersted (1777-1851) wykazał, że prąd elektryczny płynący przez drut odchyla igłę kompasu. Prąd zawsze wytwarza pole magnetyczne. Nie ma znaczenia, gdzie płynie - między chmurą a ziemią w postaci błyskawicy czy w mięśniu naszego ciała.
Nawet w czasach starożytnych ludzie próbowali dowiedzieć się, jakie jest źródło pola magnetycznego. Ponadto dokonane odkrycia znalazły zastosowanie w praktyce. Magnetyzm był obserwowany i używany (zwłaszcza do celów nawigacyjnych) tysiące lat przed jego wyjaśnieniem.charakter elektryczności i znalazł praktyczne zastosowanie. Dopiero gdy okazało się, że materia składa się z atomów, w końcu ustalono, że magnetyzm i elektryczność są ze sobą powiązane. Gdziekolwiek obserwuje się magnetyzm, zawsze musi być obecny jakiś rodzaj prądu elektrycznego. Jednak to odkrycie było dopiero początkiem nowych badań.
Co determinuje manifestację właściwości magnetycznych materiałów przy braku zewnętrznego źródła prądu? Ruch elektronów, które wytwarzają prądy elektryczne w atomach. Rozważymy tutaj ten rodzaj magnetyzmu. Krótko opisaliśmy źródło wirowego pola magnetycznego (prąd przemienny).
Magnetyt i inne materiały
Zdolność do przyciągania żelaza i materiałów zawierających żelazo jest obserwowana w przyrodzie w jednym interesującym minerale. Mówimy o magnetycie, jednym ze związków chemicznych żelaza. Zapewne jakiś jej rodzaj był używany w pierwszych kompasach wynalezionych przez Chińczyków. Źródłem pola magnetycznego jest nie tylko ten minerał. W przypadku niektórych materiałów stosunkowo łatwo jest też celowo przekazać pożądane właściwości. Wśród nich najbardziej znane są żelazo i stal. Oba materiały łatwo stają się źródłem pola magnetycznego.
Magnesy trwałe
Substancje przyciągające żelazo tworzą specjalną klasę. Nazywane są magnesami trwałymi. Wbrew nazwie są w stanie zachować niezbędne właściwości tylko przez ograniczony czas. w kształcie magnesu stałegobar pokazuje siłę ziemskiego magnetyzmu. Jeśli może się swobodnie poruszać, to jeden koniec zawsze skręca w kierunku bieguna północnego Ziemi, a drugi - w kierunku południowym. Dwa końce magnesu nazywane są odpowiednio biegunami północnym i południowym.
Magnesy mogą mieć prawie dowolny kształt: sztabkę, podkowę, pierścień lub bardziej złożony. Stosowane są w elektrycznych przyrządach pomiarowych. Bieguny magnesów oznaczono następująco: N (północny) i S (południowy). Porozmawiajmy o ich interakcji.
Przyciąganie i odpychanie
Przyciągają się przeciwne bieguny magnetyczne. Wiemy o tym od szkoły. Przyciągając jakiś inny materiał, magnes najpierw zamienia go w słaby magnes. Polacy o tej samej nazwie odpychają się nawzajem (choć nie jest to tak oczywiste jak przyciąganie). Po wystawieniu na działanie magnesu żelazo i stal same stają się magnesami, uzyskując przeciwną polaryzację. Dlatego ich pociąga. Ale jeśli dwa identyczne magnesy o równych „ładunkach” zostaną umieszczone blisko siebie o tych samych biegunach, co się stanie? Obserwowana siła odpychania będzie równa sile przyciągania działającej pomiędzy dwoma przeciwległymi biegunami ustawionymi w tej samej odległości od siebie.
Na magnetyzm oddziałuje nie tylko materiały zawierające żelazo. Jednak zjawiska magnetyczne najłatwiej zaobserwować w czystych metalach. Są to np. żelazo, nikiel, kob alt.
Domeny
Metale, które mogąstają się źródłem pola magnetycznego, składają się z małych magnesów umieszczonych losowo wewnątrz substancji. Są one jednakowo zorientowane tylko na małych obszarach, zwanych domenami, które można zobaczyć przez mikroskop elektronowy. W materii nienamagnesowanej - ponieważ same domeny również są tam zorientowane w różnych kierunkach - pole magnetyczne wynosi zero. Dlatego w tym przypadku nie obserwuje się właściwości magnetycznych. W ten sposób substancja uzyskuje niezbędne właściwości tylko w określonych warunkach.
Proces magnetyzacji polega na tym, że wszystkie domeny są zmuszone do ustawienia się w tym samym kierunku. Po prawidłowym obróceniu ich działania się kumulują. Substancja jako całość staje się źródłem pola magnetycznego. Jeśli wszystkie domeny układają się dokładnie w tym samym kierunku, materiał osiąga granicę magnetyczną. Należy zwrócić uwagę na jeden ważny wzorzec. Namagnesowanie materiału ostatecznie zależy od namagnesowania domen. A to z kolei zależy od tego, jak poszczególne atomy znajdują się wewnątrz domen.
Pole magnetyczne Ziemi
Pole magnetyczne Ziemi było od dawna dokładnie mierzone i opisane, ale jak dotąd nie zostało w pełni wyjaśnione. W bardzo uproszczony sposób można to przedstawić tak, jakby prosty płaski magnes znajdował się między północnym i południowym biegunem geograficznym. To właśnie powoduje niektóre z obserwowanych efektów. Ale to nie wyjaśnia ani bardzo niezwykłych zmian intensywności, ani nawet kierunku linii pola magnetycznego nad ziemią.powierzchni, ani dlaczego miliony lat temu położenie biegunów magnetycznych było przeciwne do obecnego, ani dlaczego, choć powoli, stale się poruszają. Sprawy są więc nieco bardziej skomplikowane.
Model ziemskiego pola magnetycznego
Opiszmy bardziej szczegółowo jego uproszczoną wersję. Wyobraź sobie długi płaski magnes w środku Ziemi, który będzie źródłem pola magnetycznego. Co jeszcze należy wziąć pod uwagę? Substancje magnetyczne na powierzchni kuli ziemskiej muszą być ułożone w taki sposób, aby ich biegun skierowany na północ obracał się w kierunku, który nazywamy północą (właściwie biegunem południowym wyimaginowanego magnesu), a drugi biegun wskazywał na południe (biegun północny magnesu).).
Zrozumienie złożonych procesów fizycznych powoduje pewne trudności. Zarówno ziemski magnetyzm, jak i magnetyzm małych kawałków żelaza można łatwiej wytłumaczyć zakładając, że magnetyczne linie siły (często nazywane liniami strumienia magnetycznego) emanują z północnego końca magnesu i wchodzą w południowy kraniec. Jest to bardzo arbitralna reprezentacja, używana tylko dla wygody, podobna do tego, jak używane są linie szerokości i długości geograficznej rysowane na mapie. Pomaga nam jednak zrozumieć, jakie jest źródło ziemskiego pola magnetycznego.
Linie siły prostego płaskiego magnesu, przechodzące od jednego bieguna do drugiego i pokrywające cały magnes, tworzą coś na kształt walca. Linie sił w tym samym kierunku wydają się odpychać. Zawsze zaczynają się na jednym typie tyczki i kończą na innym typie tyczki i nigdy się nie przecinają.
Bwniosek
Więc otworzyliśmy temat „Źródła pola magnetycznego”. Jak widać, jest dość obszerna. Rozważyliśmy tylko podstawowe pojęcia związane z tym tematem.
