Когда магнит притягивает к себе металлические предметы, это кажется волшебством, но в действительности «волшебные» свойства магнитов связаны всего лишь с особой организацией их электронной структуры. Поскольку электрон, вращающийся вокруг атома, создает магнитное поле, все атомы являются маленькими магнитами; однако в большинстве веществ неупорядоченные магнитные эффекты атомов уравновешивают друг друга.
По иному дело обстоит в магнитах, атомные магнитные поля которых выстраиваются в упорядоченные области, называющиеся доменами. Каждая такая область имеет северный и южный полюс. Направление и интенсивность магнитного поля характеризуется так называемыми силовыми линиями {на рисунке показаны зеленым цветом), которые выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Чем гуще силовые линии, тем концентрированнее магнетизм. Северный полюс одного магнита притягивает южный полюс другого, в то время как два одноименных полюса отталкивают друг друга. Магниты притягивают только определенные металлы, главным образом железо, никель и кобальт, называющиеся ферромагнетиками. Хотя ферромагнетики и не являются естественными магнитами, их атомы перестраиваются в присутствии магнита таким образом, что у ферромагнитных тел появляются магнитные полюса.
Магнитная цепочка
Касание конца магнита к металлическим скрепкам приводит к возникновению у каждой скрепки северного и южного полюса. Эти полюса ориентируются в том же направлении, что и у магнита. Каждая скрепка стала магнитом.
Бесчисленные маленькие магнитики
Некоторые металлы имеют кристаллическую структуру, образованную атомами, сгруппированными в магнитные домены. Магнитные полюса доменов обычно имеют различное направление (красные стрелки) и не оказывают суммарного магнитного воздействия.
Образование постоянного магнита
- Обычно магнитные домены железа ориентированы бессистемно (розовые стрелки), и естественный магнетизм металла не проявляется.
- Если к железу приблизить магнит (розовый брусок), магнитные домены железа начинают выстраиваться вдоль магнитного поля (зеленые линии).
- Большинство магнитных доменов железа быстро выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля. В результате железо само становится постоянным магнитом.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мои любимые игры - это разные виды конструктора. На день рождения в 1 классе мне подарили магнитный конструктор. Нам с младшим братом Никитой очень нравится играть в него. Однажды мы строили замки и использовали для этого конструктор и разные предметы, и вдруг я увидел, что Никита расстроен тем, что монета, которой он украсил башенку, не магнитится и падает. Мне стало интересно, почему так происходит. Раньше я считал, что магнит притягивает все металлическое. Мама предложила мне изучить этот вопрос подробнее. Так и появилась тема нашей исследовательской работы.
Цель нашей работы: выявить основные свойства магнита.
Задачи:
Мы выдвинули следующую гипотезу:
если мы будем знать свойства магнита, то область его применения расширится.
Объект изучения : магнит.
Предмет изучения: свойства магнита.
Методы: теоретический, опытно-экспериментальный.
Практическая значимость: данную работу можно использовать для объяснения свойств магнита, практически изготовленные игры можно использовать для развития внимания, воображения, мышления, мелкой моторики.
Актуальность выбранной темы заключается в том, что в процессе экспериментирования мы познали некоторые особенности окружающего мира. Полученная информация в дальнейшем может пригодиться мне в конструировании, при изучении физики в средней школе, изготовленные игры мы используем для развлечения.
1.Теоретическая часть.
1.1. Что такое «магнит».
Слово «магнит» всем известно с детства. Мы привыкли к магниту и порой даже не подозреваем, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в колонках, магнитофонах, в часах, в пластиковых картах. Сами мы - тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, - это гигантский магнит.
Магнит - это тело, обладающее магнитным полем. Магнитная сила - сила, с которой предметы притягиваются к магниту. В природе магниты встречаются в виде кусков камня - магнитного железняка (магнетита). Он может притягивать к себе другие такие же камни. На многих языках мира слово «магнит» значит просто «любящий» - так сказано о его способности притягивать к себе.
Магниты бывают естественными и искусственными. Естественные магниты вытачивают из кусков магнитного железняка. Искусственные магниты можно получить, натирая куском магнитного железняка в одном направлении железные бруски или просто прислоняя ненамагниченный образец к постоянному магниту. Интересно, что этим способом можно получить искусственные магниты гораздо более сильные, чем исходные. Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами.
Самые интересные факты о магнитах:
по мнению ученых, птицы - это единственные в мире существа, которые могут видеть и чувствовать магнитные поля Земли. Именно эта способность помогает им не сбиться с дороги при поиске дома на больших расстояниях полета.
Земля представляет собой гигантский магнит, который удерживает все вокруг на ней и создает силу притяжения. Стрелки компаса ориентируются по магнитному полю земли.
в ноябре 1954 года Джон Уитли получил патент на идею использовать магнит как держатель легоньких предметов, таких как заметки, записки, бумага на холодильниках и прочих металлических поверхностях.
идею по использованию магнита на холодильнике первым придумал Вильям Циммерман в ранних 1970-х годах. Вильям Циммерман получил патент на небольшие мультипликационные цветные магниты, которые могут быть использованы как для удобства, так и в качестве элементов декораций.
ныне известное хобби «коллекционирования магнитов» - отчасти творение бытовых прагматиков. Изначально магниты приобрели популярность в том, что использовались для того, чтобы скрыть царапины и дефекты на бытовой технике, а также для крепления различных заметок и напоминаний.
по данным опросов «РОМИР Мониторинг», проведенных в 2007 году, 86% опрошенных украшают свой холодильник тем или иным способом. Из них 78% имеют некоторую коллекцию магнитов.
мировой рекорд по количеству магнитов на холодильник принадлежит Луизе Гринфарб, проживающей в Хендерсоне, штат Невада, США. На сегодняшний день у Луизы в коллекции имеется более 40000 магнитов. Луиза называет себя «магнитная леди».
существует музей Гиннеса в Голливуде, в котором представлены более 7000 магнитов (часть коллекции Луизы Гринфарб).
1.2. История открытия и изучения магнитов.
Существует одна старинная легенда про магнит , она гласит о пастухе по имени Магнус. Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к чёрному 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.
На самом деле, более двух тысяч лет тому назад древние греки узнали о существовании магнетита - минерала, который в состоянии притягивать железо. Магнетит обязан своим названием древнему турецкому городу Магнесия, где этот минерал нашли древние греки. Сейчас этот город называется Маниза, и там до сих пор встречаются магнитные камни. Кусочки найденных камней называют магнитами или природными (естественными) магнитами. Со временем люди научились сами изготавливать магниты, намагничивая куски железа.
В России магнитную руду нашли на Урале. Более 300 лет назад местные охотники удивлялись, что подковы лошадей притягиваются к земле и считали это место проклятым. А в 1720 году началась добыча железной руды из горы Магнит.
Магнит - это тело, способное притягивать железо, сталь, никель и некоторые другие металлы.
Слово «магнит» происходит от названия провинции Магнезия (в Греции), жителей которой звали магнетами. Так утверждал Тит Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей». О магните в той или иной связи писали до нашей эры Пифагор, Гиппократ, Платон, Эпикур, Аристотель, Лукреций.
В 1269 г. Пьер Перегрин из Марикурта написал книгу «Письма о магните», в которой собрал много сведений о магните, накопившихся до него и открытых им лично. Перегрин впервые говорит о полюсах магнитов, о притяжении разноименных полюсов и отталкивании одноименных, об изготовлении искусственных магнитов путем натирания железа естественным природным магнитом, о проникновении магнитных сил через стекло и воду, о компасе.
В 1600 г. вышла книга «О магните, магнитных телах и о большом магните - Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов» английского врача Вильяма Гильберта из Колчестера. Гилберт открыл, что при нагревании магнита выше некоторой температуры его магнитные свойства исчезают, что, когда приближают к одному полюсу магнита кусок железа, другой полюс начинает притягивать сильнее. Гильберт также открыл, что предметы из мягкого железа, в течение долгого времени лежащие неподвижно, приобретают намагниченность в направлении север - юг. Процесс намагничивания ускоряется, если по железу постукивать молотком.
1.3. Область применения магнитов.
Магниты окружают нас постоянно. Мы заметили, что магнитная сила используется и дома, и в школе: с помощью магнитов мы крепим записки на холодильник дома, а в школе прикрепляют плакаты к доске; магнитные крепления есть на дверцах шкафов, сумках, дверях, чехлах для телефонов.
Представители различных наук учитывают магнитные поля в своих исследованиях: физик измеряет магнитные поля атомов и элементарных частиц, астроном изучает роль космических полей в процессе формирования новых звезд, геолог по аномалиям магнитного поля Земли отыскивает залежи магнитных руд.
Магниты широко используются в секторе здравоохранения. Как местное наружное средство и в качестве амулета магнит пользовался большим успехом у китайцев, индусов, египтян, арабов, греков, римлян и т.д. О его лечебных свойствах упоминают в своих трудах философ Аристотель и историк Плиний. Во второй половине XX века широко распространились магнитные браслеты, благотворно влияющие на больных с нарушением кровяного давления (гипертония и гипотония).
Существуют электромагнитные измерители скорости движения крови, миниатюрные капсулы, которые с помощью внешних магнитных полей можно перемещать по кровеносным сосудам, чтобы расширять их, брать пробы на определённых участках пути или, наоборот, локально выводить из капсул различные медикаменты. Широко распространен магнитный метод удаления металлических частиц из глаза.
Магниты также широко используются в магнитной терапии, включая магнитные пояса, массажеры, матрасы и т.д. Медицинские учреждения используют методы магнитного резонанса для сканирования различных органов в организме.
Кроме постоянных магнитов используются и электромагниты. Их также применяют для широкого спектра проблем в науке, технике, электронике, медицине (нервные заболевания, заболевания сосудов конечностей, сердечно-сосудистые заболеваниях т.д.).
Сейчас, благодаря своей способности притягивать предметы под водой магниты используются при строительстве и ремонте подводных сооружений. Благодаря свойству магнитов воздействовать на расстоянии и через растворы, их используют в химических и медицинских лабораториях, где нужно перемешивать стерильные вещества в небольших количествах.
Раньше использовали только естественные магниты - кусочки магнетита, сейчас большинство магнитов - искусственные. А самые сильные их них - электромагниты, которые используют на предприятиях. Они используются в таком промышленном оборудовании как сепараторы, железоотделители, конвейеры и сварочные устройства.
Кредитные, дебетовые, банковские карты имеют магнитные полоски, с одной стороны, осуществляют доступ к информации о личности, к его счету, к открытию магнитного замка и т.п.
В цилиндровых замках некоторых моделей применяются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами постоянных магнитов. Когда в замочную скважину вставляется правильный ключ, он притягивает и устанавливает в нужное положение внутренние магнитные элементы замка, что и позволяет открыть замок.
Магниты используются в динамиках, жестких дисках, а также в акустических системах, громкоговорителях и микрофонах. Двигатели и генераторы также работают с использованием магнитов. Бытовая техника, телефоны, телевидение, холодильники, насосы для воды и т.д. - также используют магниты.
Магниты используются в ювелирных изделиях, таких как браслеты, серьги, кулоны и ожерелья.
Другие примеры использования магнитов - инструменты, игрушки, компасы, автомобильные спидометры и т.д. Магнит необходим для проведения тока по проводам. Поезда на магнитной подвеске развивают большую скорость.
Магниты также применяются в ветеринарной практике для лечения животных, которые часто вместе с кормом заглатывают металлические предметы. Эти предметы могут повредить стенки желудка, легкие или сердце животного. Поэтому перед кормлением фермеры с помощью магнита очищают пищу.
Еще любопытнее та полезная служба, которую несет магнит в сельском хозяйстве, помогая земледельцу очищать семена культурных растений от семян сорняков. Сорняки обладают ворсистыми семенами, цепляющимися за шерсть проходящих мимо животных и благодаря этому распространяющимися далеко от материнского растения. Этой особенностью сорняков, выработавшейся у них в течение миллионов лет борьбы за существование, воспользовалась сельскохозяйственная техника для того, чтобы отделить с помощью магнита шероховатые семена сорняков от гладких семян таких полезных растений, как лен, клевер, люцерна.
Если засоренные семена культурных растений обсыпать железным порошком, то крупинки железа плотно облепят семена сорняков, но не пристанут к гладким семенам полезных растений. Попадая затем в поле действия достаточно сильного электромагнита, смесь семян автоматически разделяется на чистые семена и на сорную примесь: магнит вылавливает из смеси все те семена, которые облеплены железными опилками.
Самый простой вывод, который можно сделать из выше сказанного - нет области прикладной деятельности человека, где бы ни применялись магниты.
2. Практическая часть.
2.1. Эксперимент «Существует ли магнитное поле?»
Оборудование: 2 магнита в виде подковы, металлические опилки, картон.
Ход эксперимента: Мы насыпали металлические опилки на лист картона и распределили их тонким ровным слоем, затем снизу, под листом картона приложили 2 магнита. Опилки стали менять свое местоположение в зависимости от того, где находились магниты.
Вывод: Магнитное поле не видимо, но оно существует.
2.2. Эксперимент «Как взаимодействуют магниты?»
Оборудование: 2 плоских магнита, 2 вагончика с магнитами.
Ход эксперимента: Мы подносили магниты друг к другу одноименными концами и разноименными. Аналогично пододвигали друг к другу вагончики с магнитами.
Вывод: Одноименные магниты отталкиваются, а разноименные - притягиваются.
2.3. Эксперимент «Каково воздействие магнитного поля на стрелку компаса?»
Оборудование: компас, плоский магнит.
Ход эксперимента: Мы понаблюдали за стрелкой компаса. В статичном состоянии она показывает одно и то же направление: север - юг. Затем мы поднесли к компасу магнит. Стрелка компаса притягивается магнитом и показывает на него.
Вывод: Магнитное поле воздействует на стрелку компаса. Стрелка компаса меняет свое направление и показывает на магнит.
2.4. Эксперимент «Все ли тела притягивают магниты?»
Оборудование: 2 магнита, неметаллические предметы: губка, пластмасс, бумага, картон, дерево, резина, ткань; металлические предметы: золото, серебро, железо; монеты разного достоинства: 5 копеек, 10 копеек, 50 копеек, 1 рубль, 2 рубля, 5 рублей, 10 рублей.
Ход эксперимента: Поочередно мы подносили магнит к каждому материалу и проверяли, притягивает ли его магнит.
Вывод: Магнит не притягивает неметаллические предметы, а металлические притягивает не все: магнит притягивает предметы из железа, а серебро и золото не притягивает. Магнит притянул монеты 5 копеек, 10 копеек, 2 рубля, 10 рублей, а монеты 50 копеек, 1 рубль, 5 рублей не притянул (См. Приложение 1).
2.5. Эксперимент «Зависит ли от площади поверхности магнита сила его притяжения?»
Оборудование: 2 магнита разного размера, металлические опилки, скрепки, гайки, болты.
Ход эксперимента: Сначала мы взяли металлические опилки и поднесли к ним 2 магнита: один диаметром 12мм, другой диаметром 18мм. Мы увидели, сколько металлических опилок притянул большой магнит, а сколько - маленький. Затем мы подносили эти 2 магнита поочередно к металлическим скрепкам, гайкам и болтам. Мы подсчитали, сколько предметов притянул каждый магнит (См. Приложение 2).
Вывод: магнит большего диаметра притягивает большее количество металлических предметов.
2.6. Эксперимент «Зависит ли сила притяжения от расстояния между телами?»
Оборудование: магниты разного размера, линейка, металлическая скрепка.
Ход эксперимента: Мы положили металлическую скрепку на линейку рядом с отметкой «0» и брали магниты разного размера, постепенно подносили их к скрепке, чтобы узнать, с одинакового ли расстояния они начнут ее притягивать. Маленький магнит притянул скрепку с расстояния 2мм, а большой с расстояния 7мм.
Вывод: Магниты притягивают даже на расстоянии. Чем больше магнит, тем больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит оказывает свое воздействие.
2.7. Эксперимент «Может ли магнитная сила проходить через предметы?»
Оборудование: магнит, металлические скрепки, бумага, картон, ткань, стекло, пластмасса, дерево, стеклянный стакан, вода, металлические скрепки.
Ход эксперимента: Мы помещали металлические скрепки поочередно на бумагу, картон, ткань, стекло, пластмасс, дерево, а под материалом вели магнитом, чтобы проверить, действует ли магнитная сила через различные материалы. Затем мы налили в стакан воды. Мы опустили в воду скрепку и попробовали достать ее при помощи магнита. У нас это получилось.
Вывод: Магнитная сила может проходить через различные предметы, в частности через бумагу, картон, ткань, пластмассу, дерево, стекло, в частности стеклянный стакан с водой.
2.8. Изготовление магнитных игр.
Вторая часть моей практической работы по теме исследования - это изготовление собственных игр с применением магнитов. Таких игр уже существует множество. Например, у нас есть такие игры, как «Дартс», «Рыбалка», «Лабиринт», «Железная дорога», «Конструктор».
У меня появилось несколько идей по изготовлению игр. В своей работе я реализовал 3 идеи.
Игра «Цветочная полянка».
При помощи картона, цветной бумаги, цветных картинок, клея и магнитов я изготовил игру «Цветочная полянка». С помощью этой игры можно показывать маленьким детям, как бабочка перелетает с цветка на цветок, как божья коровка ползает по полянке. Эта игра развивает детское воображение, мелкую моторику.
Игра «Репка».
При помощи картона, цветной бумаги, цветных изображений героев, клея и магнитов я изготовил игру «Репка». Эта игра заключается в инсценировании сказки «Репка». При помощи магнитов, прикрепленных к героям, появилась возможность перемещать героев и показать эту сказку в движении. Игра развивает у детей пространственное воображение и внимание, мелкую моторику.
Игра «Гонки».
При помощи картона, красок, кисточки, фломастеров, клея, двух машинок и магнитов я изготовил игру «Гонки». В этой игре должно быть 2 участника. Каждому участнику дается гоночная машинка с магнитом и магнит. Обе машинки выставляются на старт и по команде, не трогая машинки руками, а только при помощи магнитов, двигающихся под гоночной трассой, участники ведут свои машинку к финишу. Эта игра развивает воображение, внимание, мышление и мелкую моторику.
Заключение.
Целью своей работы я ставил: выявить основные свойства магнита.
Задачи, при решении которых я достигал своей цели:
изучить литературу по данной теме;
экспериментальным путем выявить свойства магнита;
изготовить собственные игры при помощи магнитов.
Все поставленные цели и задачи мною достигнуты.
Я выдвигал следующую гипотезу:
если мы будем знать свойства магнита, то его область применения расширится.
Наша гипотеза подтвердилась.
Выполнив свою работу, мы сделали следующие выводы:
магнитное поле существует и его можно представить с помощью металлических опилок;
у магнита есть 2 полюса: северный и южный, и они взаимодействуют между собой;
магнит воздействует на стрелку компаса;
магнит не притягивает неметаллические предметы, а металлические притягивает не все;
магнит большего диаметра притягивает большее количество металлических предметов;
магнит большего диаметра имеет большую силу притяжения и на большем расстоянии оказывает свое воздействие;
магнитная сила может проходить через предметы и жидкость, однако при этом она ослабевает.
Наблюдая за различными предметами дома и в школе, я выяснил, что магниты широко используются и сейчас. Люди привыкли использовать силу магнита, с ее помощью работают многие приборы, игрушки.
Работа над исследованием оказалась очень интересной и увлекательной. Я думаю, что, выполняя исследовательский проект, я приобрел умения критически работать с полученной информацией, анализировать и сопоставлять имеющие факты, находить пути решения возникающих проблем. Все это мне необходимо будет для моего дальнейшего успешного продолжения образования.
Свойство магнита притягивать некоторые предметы и в наши дни не потеряло своей чарующей таинственности. Еще не родился и, наверное, не родится никогда человек, который мог бы сказать: «Я знаю о магните ВСЕ». Почему магнит притягивает? - этот вопрос всегда будет внушать необъяснимое волнение перед прекрасной таинственностью природы, и рождать жажду новых знаний и новых открытий. У меня возник вопрос: может ли магнит потерять свою силу или она у него навсегда? Чтобы ответить на этот вопрос я и дальше буду изучать магниты.
Список использованных источников и литературы
Большая книга экспериментов для школьников / Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И. Мотылевой. - М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2006. - 260 с.
Занимательные опыты: Электричество и магнетизм./ М. Ди Специо; Пер. с англ. М. Заболотских, А. Расторгуева. - М.: АСТ: Астрель, 2005, - 160 с.: ил.
Мнеян М.Г. Новые профессии магнита: Кн. Для внекласс. чтения М.: Просвещение, 1985. - 144 с., ил. - (Мир знаний)
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Практическое использование магнитов, М.: Высшая школа, 1986 - 252с.
Перельман Я.И.. Занимательная физика. В 2-х кн. Кн. 2 / Под ред. А.В. Митрофанова. - М.: Наука, 2001. - 272 с., ил.
Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов / Пер. К. Мишиной, А. Зыковой. - М.: Эксмо, 2007. - 512 с.: ил.
Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика / Сост. А.А. Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн. - М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 2003. - 480 с.
Приложение 1.
Таблица 1 «Всё ли притягивают магниты?»
|
Материал |
Притягивает ли магнит |
|
|
пластмасса |
||
|
монета 5 коп |
||
|
монета 10 коп |
||
|
монета 50 коп |
||
|
монета 1 руб |
||
|
монета 2 руб |
||
|
монета 5 руб |
||
|
монета 10 руб |
Приложение 2.
Таблица 2 «Зависит ли от площади поверхности магнита сила его притяжения?»
Известна железная руда - магнитный железняк. Куски магнитного железняка обладают замечательным свойством притягивать к себе железные и стальные предметы. Это - естественные магниты. Лёгкая стрелка, сделанная из магнитного железняка, всегда поворачивается одним и тем же концом к северному полюсу Земли. Этот конец магнита условились считать северным полюсом, а противоположный ему - южным.
Если железный или стальной стержень привести в соприкосновение с магнитом, стержень сам становится магнитом, сам будет притягивать железные опилки, стальные гвозди. Говорят, что стержень намагничивается.
Намагничиваться способны все металлы, но в разной степени. Очень сильно намагничиваются только четыре чистых металла - железо, кобальт, никель и редкий металл гадолиний. Хорошо намагничиваются также сталь, чугун и некоторые сплавы, не содержащие в своём составе железа, например сплав никеля и кобальта. Все эти металлы и сплавы называют ферромагнитными (от латинского слова «феррум» - железо).
Совсем слабо притягиваются к магниту алюминий, платина, хром, титан, ванадий, марганец. Намагничиваются они так незначительно, что без специальных приборов обнаружить их магнитные свойства нельзя. Эти металлы получили название парамагнитных (греческое слово «пара» означает около, возле).
Висмут, олово, свинец, медь, серебро, золото намагничиваются тоже очень слабо, но они не притягиваются магнитом, а наоборот, очень слабо отталкиваются от него и называются поэтому диамагнитными («диа» по - гречески значит поперёк).
Почему же одни металлы намагничиваются сильно, а другие - слабо?
Поднесём к медной проволоке, по которой течёт ток от батареи, несколько магнитных стрелок. Стрелки расположатся так, как показано на рисунке 13. Это значит, что на стрелки действуют магнитные силы; другими словами - вблизи проводника с током возникает магнитное поле. Возникновение магнитного поля есть результат движения электрических зарядов - электронов.
Теперь вспомним об атоме. Вокруг центральной части атома - ядра - движутся электроны. Каждый электрон, кроме того, вращается и вокруг собственной оси. Каждый электрон также создаёт на своём пути магнитное поле.
В атомах висмута, олова и других диамагнитных металлов магнитые поля отдельных электронов направлены навстречу друг другу, и действие одного поля уничтожается действием другого. Таким образом, атомы диамагнитного металла не имеют магнитных свойств. Но диамагнитные тела слабо отталкиваются от магнита. Почему же это происходит?
Если какое-нибудь вещество внести в поле магнита, то атомы этого вещества будут равномерно вращаться в магнитном поле; вращение приводит к тому, что атомы получают магнитные свойства, становятся как бы маленькими, очень слабыми магнитиками. Учёные точно рассчитали, что северный полюс каждого атома-магнитика оказывается при этом против северного полюса магнита (рис. 14). А так как одноимённые магнитные полюса от
талкиваются, атом должен отталкиваться магнитом. Именно такой и только такой магнетизм обнаруживается у диамагнитных металлов.
Иное дело - парамагнитные и ферромагнитные металлы. Атомы этих металлов построены так, что отдельные магнитные поля электронов усиливают
Рис. 14. Схема намагничения разных металлов.
О> о> о»
Друг друга и каждый атом уже является маленьким магнитиком с двумя полюсами. В чём же разница между этими двумя группами металлов?
В парамагнитных металлах атомы-магнитики расположены совершенно беспорядочно (рис. 14). В магнитном поле атомы тоже начинают вращаться (это общее для всех атомов свойство), и вращение приводит к тому же, что и у диамагнитных металлов. Но диамагнетизм здесь обнаружить не удаётся, так как у парамагнитных атомов есть гораздо более сильные «собственные» магнитные полюса (результаты наложения друг на друга магнитных полей отдельных электронов) и эти полюса будут вести себя обычным образом: северный полюс будет стремиться к южному полюсу магнита, а южный - к северному. Если
бы атомы не совершали теплового движения, они быстро установились бы в полном порядке (северными полюсами к южному полюсу магнита) и парамагнитный металл можно было бы намагнитить так же сильно, как и ферромагнитный. Но при обычных температурах этого не происходит: тепловое движение всё время расшатывает строй атомов, и металл намагничивается очень слабо.
Иная картина наблюдается в ферромагнитных металлах.
Учёные предполагают, что между атомами ферромагнитных тел действуют особые мощные электрические силы. Благодаря наличию этих сил атомы - магнитики в определённых участках кристалла выстраиваются в строгом порядке и сохраняют свое расположение (рис. 14). Поэтому в кристаллах железа, кобальта, никеля и гадолиния есть отдельные скопления атомов, сотни миллиардов атомов, магнитные полюса которых расположены одинаково. Такие самопроизвольно намагниченные скопления называются доменами. Границы их можно видеть в микроскоп, если на поверхность ненамагничен - ного металла навести очень тонкую железную пыль. Пылинки собираются у границ доменов, у полюсов (рис. 15).
Когда железо или другой ферромагнитный металл вносится в магнитное поле, полюса отдельных скоплений постепенно смещаются, пока северные полюса доменов не станут против южного полюса магнита.
Большая заслуга в развитии наших знаний о ферромагнитных явлениях принадлежит советским учёным Н. С. Акулову, Е. И. Кондорскому и другим.
Мы уже отмечали, что тепловое движение мешает атомам-магнитикам выстраиваться в магнитном поле даже при обычных температурах. При нагревании эти «помехи» усиливаются, и чем выше температура, тем труднее намагнитить металл. Для каждого ферромагнитного металла существует определённая температура, при которой он уже становится парамагнитным. Эти температуры в честь открывшего их физика Пьера Кюри названы точками Кюри. Для кобальта точка
Кюри - около 1000°, для железа - примерно 750°, а для никеля - 360°.
Ферромагнитный металл намагничивается в магнитном поле. Это не значит, что для получения магнита обязательно нужен естественный магнит. Получить магнит можно и с помощью электрического тока. Если железный стержень обмотать изолированной проволокой, а затем пропускать по ней ток, стержень (сердечник) намагнитится (рис. 16). Полученный таким путём магнит называют электромагнитом. Как только ток в проволоке прекращается, электромагнит теряет свою силу - железо почти полностью размагничивается. Это свойство электромагнита весьма денно в тех случаях, когда действие магнитной силы необходимо лишь на определённое время.
Электромагниты применяются очень широко. Электромагнит - необходимая деталь телеграфного аппарата, телефона, электрического звонка, динамомашины, электромотора, электромагнитного подъёмного крана.
Если сердечник электромагнита сделать не из железа, а из стали, то после выключения тока магнитные свойства не исчезнут, сталь не размагнитится: строение этого сплава неоднородно, и поэтому восстановление прежнего беспорядка в расположении полюсов отдельных доменов затруднено. Железо легче намагнитить, чем сталь, легче его и размагнитить. Поэтому сердечники электромагнитов делаются именно из железа, а на изготовление постоянных магнитов идёт сталь.
Постоянные магниты необходимы для изготовления компасов, радиорепродукторов, различных измерительных электроприборов и т. д. Они делаются обычно из высокоуглеродистой стали. Теперь начинают применяться постоянные магниты из нового сильно намагничивающегося сплава м а г н и к о, который состоит из кобальта, никеля, меди, алюминия и железа. Магнико создан советскими металловедами А. С. Займовским и Б. Г. Лившицем.
KeYoFaWsOmE 6 лет назадЖелезо является ферромагнетическим элементом. Как и все ферромагнетики, железо проявляет мощные магнитные свойства. Сама по себе кристаллическая решетка построена таким образом, что в условиях сильных магнитных или электрических полей железо может намагничиваться и притягиваться к другому магниту. Так что такое магнит, и почему он притягивает?
Магнит - это объект, обладающий способностью притягивать металлические и стальные предметы, а также отталкивать некоторые тела благодаря магнитному полю. У магнита есть две стороны, по которым проходят силовые линии.
С южного полюса они входят, а выходят - с северного. Есть два типа магнитов – жесткий (постоянный) и мягкий (электромагнит). Электромагнит состоит из токопроводящей катушки и металлического сердечника. Постоянный магнит сам создает магнитное поле, а электрический лишь на то время, пока через катушку проходит электрический ток.
Раньше все магниты изготовляли только из металла и металлических сплавов, но с развитием технологий стали появляться керамические, неодимовые и другие магниты. Состав магнита напрямую определяет мощность электрического поля, которое он создает.
Магниты можно поделить на:
Керамические магниты;
- «альнико магниты»;
- неодимовые магниты;
- магниты кобальта-самария;
- магнитные полимеры, или пластичные магниты.
Керамические магниты не обладают большой силой притягивания, поскольку в их состав помимо керамики входит и железная руда. «Альнико магниты» мощнее керамических, поскольку в их состав входит алюминий, никель и кобальт. Неодимовые магниты одни из самых сильных магнитов в природе. Кроме железа и бора, в состав неодимовых магнитов входит очень редкий элемент - неодий.
Кроме силы притягивания магниты также обладаю силой отталкивания. Раньше уже упоминалось о полюсах магнита. Так вот, если встречаются два магнита с одинаковыми полюсами, то они будут отталкиваться. Притягиваются лишь разноимённые полюса. Создаются магниты с помощью магнитного поля. Ферромагнетический объект, из которого должен состоять магнит, помещают в мощное магнитное поле на некоторое время.
Без магнитов наша жизнь невозможна, поскольку почти все технические приборы и устройства включат в себя магниты разных типов. Компьютеры, телевизоры, микрофоны, генераторы, трансформаторы. Все электродвигатели вращаются с помощью магнитов. В медицине магниты – это неотъемлемая часть лечения.
Они дают возможность «увидеть» внутренние органы, проводить магнитные терапии и многое другое. Свойства магнита изучаются уже несколько сотен лет, но даже сегодня тайна магнетизма до конца не разгадана.
Любой ребенок знает, что металлы притягиваются к магнитам. Ведь они не раз вешали магнитики на металлическую дверцу холодильника или буквы с магнитиками на специальную доску. Однако, если приложить ложку к магниту, притяжения не будет. Но ведь ложка тоже металлическая, почему тогда так происходит? Итак, давайте выясним, какие металлы не магнитятся.
Научная точка зрения
Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.
Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Они непрерывно движутся, что создает электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть:
- Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра - орбитальные.
- Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси - спиновые.
Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты - к парамагнетикам. Если поля не скомпенсированы - к ферромагнетикам.
Парамагнетики и ферромагнетики
Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс. Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы. Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит. Такие вещества называют парамагнитными.
Ферромагнетики - небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.
Диамагнетики
У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.
Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет - диамагнитные.
Распределение парамагнетиков и диамагнетиков в периодической системе элементов Менделеева
Простых веществ периодично изменяются с увеличением порядкового номера элемента.
Вещества, не притягивающиеся к магнитам (диамагнетики), располагаются преимущественно в коротких периодах - 1, 2, 3. Какие металлы не магнитятся? Это литий и бериллий, а натрий, магний и алюминий уже относят к парамагнетикам.
Вещества, притягивающиеся к магнитам (парамагнетики), расположены преимущественно в длинных периодах периодической системы Менделеева - 4, 5, 6, 7.
Однако последние 8 элементов в каждом длинном периоде также являются диамагнетиками.
Кроме того, выделяют три элемента - углерод, кислород и олово, магнитные свойства которых различны у разных аллотропных модификаций.
К тому же называют еще 25 химических элементов, магнитные свойства которых установить не удалось вследствие их радиоактивности и быстрого распада или сложности синтеза.
Магнитные свойства (все они являются металлами) меняются незакономерно. Среди них есть и пара- и диамагнетики.
Выделяют особые магнитоупорядоченные вещества - хром, марганец, железо, кобальт, никель, свойства которых изменяются незакономерно.
Какие металлы не магнитятся: список
Ферромагнетиков, то есть металлов, которые хорошо магнитятся, в природе существует всего 9. Это железо, кобальт, никель, их сплавы и соединения, а также шесть металлов- лантаноидов: гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий.
Металлы, притягивающиеся только к очень сильным магнитам (парамагнетики): алюминий, медь, платина, уран.
Поскольку в быту не встречаются настолько большие магниты, которые бы притянули парамагнетик, а также не встречаются металлы-лантаноиды, можно смело утверждать, что все металлы, кроме железа, кобальта, никеля и их сплавов не будут притягиваться к магнитам.
Итак, какие металлы не магнитятся к магниту:
- парамагнетики: алюминий, платина, хром, магний, вольфрам;
- диамагнетики: медь, золото, серебро, цинк, ртуть, кадмий, цирконий.
В целом можно сказать, что черные металлы притягиваются к магниту, цветные - не притягиваются.
Если говорить о сплавах, то сплавы железа магнитятся. К ним относят в первую очередь сталь и чугун. К магниту могут притянуться и драгоценные монеты, поскольку они изготовлены не из чистого цветного металла, а из сплава, который может содержать небольшое количество ферромагнетика. А вот украшения из чистого к магниту не притянутся.
Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная золотые и серебряные изделия.