Все о магнитах — интересные факты, самые популярные вопросы и ответы

Из этой статьи вы узнаете: Что происходит с неодимовым магнитом, если его расплавить или разрезать пополам? Магнит крепче держится на другом магните или на стали? Ослабевает ли магнитная сила магнитов со временем? Влияет ли температура на магнитную силу магнитов? Может ли стекло быть магнитным? Могут ли магниты быть мягкими и гибкими? Есть ли резина, которая реагирует на магнит?  Какое самое сильное магнитное поле удалось создать на сегодняшний день? Чувствительны ли живые существа к магнетизму? И многое другое.

Также в статье есть описание пяти экспериментов, которые позволят узнать, насколько сильно неодимовый магнит притягивает яблоко. Вы также узнаете, что произойдет с магнитом, когда вы приблизите к нему горящую свечу и как неодимовый магнит искажает изображение на ЭЛТ-мониторе.

Дальше смотрите ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы, а также несколько идей интересных экспериментов.

1) Что вызывает магнитное поле у ​​магнита?

Магнитное поле — это пространство вокруг магнита, в котором действуют магнитные силы. Это вызвано движением электрических зарядов. Магнитное поле создается постоянным магнитом или электромагнитом.

Магнитное поле постоянных магнитов создается движением электронов вокруг ядра атома. Постоянные магниты не нуждаются во внешних воздействиях для создания магнитного поля. В случае электромагнитов движение электронов создается электрическим током. Таким образом, электромагнитам необходим электрический ток для создания магнитного поля — с увеличением тока увеличивается и магнитное поле (смотрите — Как сделать электромагнит своими руками? ).

Распределение магнитного поля представлено линиями магнитной индукции. Линии индукции проходят от северного к южному магнитному полюсу магнита.

2) Почему магнит притягивает только предметы из железа, никеля и кобальта?

Магнит притягивает не только предметы из железа, никеля и кобальта. Объекты, сделанные из ферромагнитных материалов — железа, никеля, кобальта и их сплавов, больше всего притягиваются к магниту — на них действует сила притяжения магнита. Однако есть также материалы, которые не содержат железа, никеля, кобальта, но все же реагируют на магнитное поле. И это не всегда просто сила притяжения. Это парамагнитные и диамагнитные вещества.

3) В яблоке есть железо. Так почему его не притягивает магнит?

Большинство живых организмов и продуктов питания также содержат определенное количество железа, но они не притягиваются магнитом. Почему? Это потому, что в них очень мало железа.

В 100-граммовом яблоке содержится железо на молекулярном уровне — всего 0,3 мг железа. И обычного магнита этого недостаточно, чтобы привлечь его. Но если вы используете сверхсильный магнит и, например, повесите яблоко на веревке, возможно, на него повлияет сильный магнит.

4) Что такое магнитомягкий и твердый материал?

Ферромагнитные вещества можно разделить на магнитомягкие и магнитотвердые, в зависимости от того, как они теряют или сохраняют свои магнитные свойства.

Магнитомягкое вещество — это вещество из ферромагнитного материала, которое отличается тем, что оно теряет свои магнитные свойства после намагничивания (намагничивания) и удаления из внешнего магнитного поля. Магнитномягкий материал требует чистого железа и низкоуглеродистой стали.

Магнитотвердое вещество — это вещество, изготовленное из ферромагнитного материала, которое отличается тем, что после намагничивания оно сохраняет свои магнитные свойства в течение длительного времени после удаления из внешнего магнитного поля магнита. Магнитотвердые материалы — это, например, постоянные магниты (Sm — самарий, Nd — неодим).

5) Почему в некоторые магнитные вещества добавляют кремний?

Кремний — это полуметаллический элемент земной коры. Это основное сырье для производства стекла, керамики и строительных материалов. Он также используется производителями полупроводниковых компонентов. Кремний используется для регулирования магнитных свойств магнитных веществ? Благодаря добавке кремния ферромагнетики увеличивают удельное сопротивление, уменьшают магнитные потери, анизотропию и коэрцитивную силу. Также увеличится твердость и хрупкость материала.

6) Что такое Гаусс и Тесла?

Гаусс и Тесла — единицы магнитной индукции, различающиеся по использованию в определенной системе единиц.

Гаусс — это физическая единица гауссовой магнитной индукции B в системе CGS. Он сокращенно G или Gs и назван в честь немецкого ученого К.Ф. Гаусса. Если магнитное поле в данном месте имеет гауссову магнитную индукцию, равную 1 Гс, его магнитная индукция равна 10 ^-4 Тл (Тесла).

Тесла — единица магнитной индукции в системе СИ, сокращенно — T. Единица названа в честь выдающегося инженера-электрика и изобретателя Николы Тесла . 1 Тесла соответствует 10000 Гаусс (Г).

7 ) Какое самое сильное магнитное поле удалось создать на сегодняшний день?

Группа ученых из Токийского университета во главе с физиком Содзиро Такеяма создала чрезвычайно сильный электромагнит, который генерировал магнитное поле в 1200 тесла.

Для сравнения: магнитное поле Земли содержит от 25 до 65 микро т е сла , а медицинские устройства магнитно-резонансной томографии генерируют магнитное поле силой 3 Тесла. Однако эксперимент длился всего 100 микросекунд, что составляет 0,0001 секунду, после чего электромагнит взорвался.

8 ) Магнит крепче держится на другом магните или на стали?

Многие спрашивают об этом. Однако однозначного ответа нет. Удерживающая сила зависит от нескольких факторов:

• Если сталь достаточно большая, удерживающая сила между сильным магнитом и куском стального листа такая же, как для магнита с магнитом. Сила прижима неодимовых магнитов к стали.

• Если кусок стального листа слишком маленький или тонкий, сила между магнитом и сталью меньше. Насколько большим должен быть кусок стали, чем размер магнита? Если вы используете неодимовый магнит размером 12 × 12 мм, то стальной лист должен быть 25 × 25 мм. Сила прижима неодимовых магнитов к стали. Сила прижима неодимовых магнитов к стали.

• Если между сталью и магнитом есть зазор, то удерживающая сила между одним магнитом и другим больше, чем между магнитом и сталью.

9 ) Теряют ли магниты прочность, если они длительное время прикреплены к ферромагнитному материалу?

Неодимовые магниты обычно почти постоянно сохраняют магнетизм. Сила, необходимая для размагничивания магнита, называется коэрцитивной силой. Это способность постоянного магнита противостоять размагничиванию во внешнем магнитном поле.

Чем больше коэрцитивная сила магнита, тем лучше он выдерживает размагничивание как внешними, так и собственными магнитными полями и, следовательно, имеет меньшую тенденцию к ослаблению.

Магнитотвердые материалы, используемые для изготовления постоянных магнитов, представляют собой ферромагнитные вещества с высокой коэрцитивной силой. Если вы не подвергаете магниты воздействию высоких температур и других сильных магнитных полей, они будут намагничиваться годами.

10 ) Влияет ли температура на магнитную силу и что такое температура Кюри?

Да, температура влияет на магнитную силу. Температуру Кюри впервые описал французский физик Пьер Кюри, муж Марии Кюри-Склодовской. Какова температура Кюри некоторых материалов? Смотрите на таблицу ниже.

Что происходит с магнитом, если его нагреть выше критической температуры Кюри? Ферромагнитное вещество состоит из диполей, которые образуют небольшие магнитные домены (области). Если магнит намагничен, домены располагаются равномерно.

Например, если вы бросите магнит в огонь, ориентация магнитных доменов резко изменится. При хаотическом расположении доменов магнит теряет свои магнитные свойства.

Посмотрите в видео, как пламя свечи воздействует на кусок никелевой монеты:

1 1 ) Если я разрежу магнит, теоретически должны образоваться два отдельных магнита, которые будут притягиваться на режущей стороне. Это так?

Если вы разрежете стержневой магнит вдоль, вы получите два новых отдельных магнита. Когда вы разрезаете магнит перпендикулярно магнитной оси, магниты будут притягиваться, но если вы разрежете вдоль магнитной оси, обе части будут отталкиваться друг от друга.

1 2 ) Магниты работают в космосе?

Да. Космический вакуум содержит огромное количество пыли, газа, элементарных частиц и переплетен с электромагнитным излучением и магнитными полями. Электрические и магнитные силы в вакууме даже немного сильнее, чем в воздухе на Земле.

1 3 ) Что происходит с магнитом, если его расплавить?

Если расплавить неодимовый магнит, он, вероятно, превратится в кусок металла, из которого он сделан — неодима, железа и бора. Сильные неодимовые магниты теряют магнетизм при нагревании выше 80 ° C.

Ферритовые магниты более термостойкие. Их экстремальная температура составляет 250 ° C. А тем более термостойкие самариево-кобальтовые магниты, выдерживающие температуру до 350 ° C.

Неодимовый магнит

1 4 ) Как можно заблокировать магнитную силу?

Магниты должны потерять свою магнитную силу, если вы подвергнете их воздействию чрезвычайно высоких температур в течение продолжительных периодов времени, например, когда вы бросите их в огонь. Однако есть так называемые диамагнитные вещества, которые ослабляют магнитное поле и в то же время слабо из него выдавливаются.

Например:

• висмут — элемент тяжелого металла белого цвета со слабым розовым отливом.

• пиролитический углерод — легкая форма графита. Он используется для демонстрации диамагнитной левитации.

• Мю-металл — мягкий ферромагнитный сплав никеля, железа и других элементов.

Посмотрите видео о диамагнитной левитации:

1 5 ) Что такое антимагнит?

До недавнего времени экранировать магнитное поле было невозможно. Только в 2011 году испанские ученые создали первый антимагнит.

По своей конструкции антимагнит состоит из нескольких слоев. Внутренний слой изготовлен из сверхпроводящего материала, который блокирует выход внутреннего магнитного поля, а также предотвращает проникновение внешнего магнитного поля. Остальные примерно десять слоев сделаны из специальных метаматериалов, предотвращающих взаимные помехи или изменения магнитных полей.

Чем может быть полезен антимагнит? Его можно использовать, например, у пациентов с кардиостимуляторами или слуховыми имплантатами, чтобы они могли проходить обследование с помощью медицинских устройств, генерирующих сильное магнитное поле. Это также поможет защитить корабли от мин, активируемых магнитом.

1 6 ) Что такое биполярный магнит?

Есть несколько видов намагничивания. Один из них — радиальное намагничивание, которое в дальнейшем делится на биполярное и мультиполярное.

Биполярный кольцевой магнит имеет один магнитный полюс на внутренней стенке кольца, а другой — на внешней стороне. Радиальные кольца используются, например, в машиностроении, робототехнике, хирургии или при управлении технологическими процессами.

1 7 ) Могут ли магниты быть мягкими и гибкими?

Магниты по своей природе твердые, потому что они изготавливаются из твердых материалов. Однако специалисты по производству резиновых уплотнений могут добавлять в силиконовый каучук магнитные частицы, которые в результате могут быть магнитными. Силиконовый каучук остается эластичным и гибким даже при очень низких температурах.

Это используется, например, производителями холодильников и морозильников, которые устанавливают его на двери. Резиновый уплотнитель, заполненный магнитными частицами, хорошо прилегает к плоской и округлой конструкции холодильника, благодаря чему в нее не проникает тепло.

Гибкие магниты также входят в состав магнитных игрушек. Вы можете знать магнитный слайм как игрушку для детей. Изучите дом, может быть, вы найдете резиновые магниты где-нибудь еще.

Прорезиненные магниты — это классические неодимовые магниты, покрытые тонким слоем резины. Слой резины предотвращает скольжение и защищает магнит от царапин.

18 ) Как работает магнитная доска для рисования?

Частью магнитной доски для рисования является магнитный карандаш, которым вы рисуете на доске.

Как работает магнитный стол? Магнитный стол для детей состоит из ячеек, заполненных белой вязкой эмульсией (несжимаемая жидкость с высоким внутренним трением) и железных опилок.

В месте соприкосновения карандаша с магнитом железные опилки притягиваются к передней поверхности стола — опилки переносятся с задней части стола на лицевую сторону и создают черный рисунок. Вязкая жидкость будет удерживать опилки спереди, даже если вы постучите по столу.

Как удалить нарисованное изображение? Движущаяся магнитная полоса используется для удаления изображения. Вы можете свободно перемещать полосу и удалять только часть рисунка или все изображение. Если не удалить рисунок, он останется на столе несколько лет, пока жидкость не высохнет.

Посмотрите, как работает магнитный стол, на видео:

1 9 ) Является ли свинец магнитным и что такое диамагнетизм?

Свинец (Pb) — тяжелый металл, известный человечеству с древних времен. Свинец не магнитный, он диамагнитный. Это означает, что он отталкивается внешним магнитным полем.

Диамагнетизм противоположен парамагнетизму. Если вы поднесете к свинцу очень сильный неодимовый магнит, он будет слегка отталкиваться. Еще одно диамагнитное вещество — это также висмут, углерод, золото или медь.

Посмотрите видео, чтобы увидеть, как пиролитический графит и висмут реагируют на сильный неодимовый магнит :

20 ) Обладает ли золото магнитными свойствами ?

Золото не ферромагнитно, и магниты его не притягивают. Золото — одно из диамагнитных веществ, которое ослабляет внешнее магнитное поле, и в результате золотые предметы слегка отталкиваются от магнита.

21 ) Может ли стекло быть магнитным?

Есть урановое стекло, в котором содержится от 2 до 25% урана. Стекло оливкового цвета и в ультрафиолете светится темно-зеленым цветом — оно флуоресцирует.

Стеклодувы в Богемии производили урановое стекло в основном во второй половине 19 века, а также в 20 веке. Бум пришел с началом холодной войны, когда уран был легко доступен. Но с его окончанием производство уранового стекла резко упало.

Достаточно чувствительный счетчик Гейгера может обнаруживать небольшую степень излучения в урановом стекле с более высокой долей урана. Но большинство кусков уранового стекла эксперты считают безвредными и лишь незначительно радиоактивными.

Реагирует ли урановое стекло на магнит? Уран — парамагнитный элемент, поэтому да, он реагирует. На видео автор демонстрирует, как различные элементы, в том числе урановое стекло, реагируют на сверхсильный круглый магнит диаметром 50 мм. Каждый элемент кладется на кусок пенопласта в таз с водой :

22) Можно ли зарядить или «перезарядить» постоянный магнит?

Старый магнит можно перезарядить новым сильным неодимовым магнитом, если он не разряжен полностью. Сначала определите полюса слабого магнита. Затем протрите северный полюс нового магнита северным полюсом нового магнита — в одном направлении от центра к краю. Сделайте то же самое для Южного полюса.

23) Что такое поле Хальбаха?

Поле Хальбаха — это особое расположение постоянных магнитов. Для магнита магнитное поле имеет одинаковую силу с обеих сторон магнита. Расположение магнитов по Гальбаху усиливает магнитное поле на одной стороне магнита, в то время как поле на другой стороне является слабым.

В коротком видео ниже вы увидите, как одна сторона набора постоянных магнитов, расположенных в соответствии с полем Хальбаха, магнитно намного сильнее, чем другая.

24) Что такое магнитный мендосинский мотор ?

Мендосинский мотор — это левитирующий электродвигатель, работающий от солнечной энергии.

Для работы электродвигателя необходим прямой солнечный свет. Двигатель обычно питает четыре монокристаллических солнечных элемента. Каждая из этих ячеек вырабатывает электричество, когда она находится в верхнем положении — когда она освещена солнечным светом.

Затем солнечные панели проводят электричество к катушке. Эта катушка с электромагнитными свойствами становится магнитной и притягивается к постоянному магниту в основании.

Благодаря этому ротор многократно вращается, и таким образом отдельные панели чередуются. Скорость вращения ротора зависит от интенсивности падающего света. Чем ярче свет, тем быстрее он будет вращаться.

Чтобы лучше понять, посмотрите видео:

Смотрите также: Возможно ли создание вечного двигателя на неодимовых магнитах?

25) Что такое супердиамагнетизм?

Супердиамагнетизм связан со сверхпроводимостью. Сверхпроводник — это материал, который при охлаждении ниже критической температуры практически не показывает сопротивления проводимости электричества. Он супердиамагнитен, то есть отталкивает силовые линии магнитного поля, такие как сильные магниты, внутри своего объема. Диамагнитные вещества отталкивают друг друга от магнита.

Сверхпроводящие магниты используются, например, в парящих поездах на магнитной подвеске, где они встраиваются в нижнюю часть шасси поезда.

Демонстрация эффекта Мейснера: сверхпроводники и левитация

Кубический магнит, парящий над сверхпроводящим материалом

Поезд на магнитной подвеске

26) Чувствительны ли живые существа к магнетизму?

Да, некоторые животные чувствительны к магнетизму. Они воспринимают силовые линии, проходящие между магнитными полюсами Земли, и в результате ориентируются в своих долгих путешествиях.

Исследователи полагают, что голуби и перелетные птицы используют микроскопические частицы магнетита в своей голове, чтобы ориентироваться, а также криптохромы в глазах птиц.

Криптохромы в сетчатке глаза также помогают осьминогам ориентироваться. Исследователи также обнаружили частицы магнетита у бактерий, лосося, морских черепах, дельфинов, полевок и некоторых млекопитающих.

Смотрите также: Как акулы используют закон Ома и теорию вероятности

27) Что такое Курская магнитная аномалия?

Магнитная аномалия возникает в земной коре — на глубине до 70 км от поверхности земли. Он характеризуется существенно отличающейся от окружающей геологической среды намагниченностью.

Магнитная аномалия вызвана аномальной концентрацией железосодержащих минералов. Одной из таких аномалий является Курская магнитная аномалия в России. Это территория с огромными залежами железной руды и крупнейшая магнитная аномалия на Земле.

Курская магнитная аномалия

Михаил Блинников утверждает в книге «География России и ее соседей», что под землей находится около 31 миллиарда метрических тонн железной руды. Из-за огромного количества железа здесь не работают магнитные компасы — вместо севера стрелка компаса указывает почти в противоположную сторону.

Другими известными аномалиями являются, например, магнитная аномалия Банги в Центральной Африке или магнитная аномалия Тигами в Канаде.

28) Есть ли магнитные океаны?

Океаны составляют 70% поверхности Земли. Благодаря подводным течениям и приливам океаны, вероятно, могут влиять и изменять курс магнетизма нашей планеты — они могут создавать свой собственный магнетизм. Как это возможно?

Согласно теории ученых, соленая вода, которая постоянно течет с приливами, создает электрический ток по всей планете. И этот электрический ток притягивает магнитное поле глубоко под земной корой.

5 интересных экспериментов с магнитами

Эксперимент 1. Притягивает ли неодимовый магнит яблоко?

Поставьте банки из-под лимонада или пива друг на друга и положите на них деревянную палочку. Вы можете использовать, например, китайские палочки для еды, которые вы склеиваете.

Соедините два яблока китайской палочкой и повесьте их веревкой на палочке на подставке. Как вы можете видеть на видео ниже. Затем медленно поднесите сверхсильный неодимовый магнит ближе к яблокам, и яблоки начнут медленно двигаться.

Как может яблоко реагировать на магнит? Яблоко содержит небольшое количество железа и поэтому притягивается сильной магнитной силой. Что произойдет, если вы поместите яблоко между двумя сильными магнитами и уроните магниты друг на друга?

Эксперимент 2 — Сколько левитирующих монет будет удерживать сильный магнит из неодима?

Используйте решетку для банок с первой попытки и добавьте другую банку посередине. Поместите сверху плоскую палочку и неодимовый магнитный диск.

Подготовьте 4 монеты, содержащие железо и поместите их друг на друга в вертикальном положении. Что случится? Из-за сильного магнитного поля между сильным магнитом монеты начинают левитировать и вращаться.

Эксперимент 3 — Сколько висящих монет удержат сильный магнит?

Сильный магнит удержит много монет, но сколько? Используйте подставку с магнитом из предыдущего эксперимента и приготовьте несколько монет. Прикрепите первую монету к магниту и постепенно подхватите под себя остальные. Подсчитайте, насколько неодимовый магнит удержит монеты под собой.

Эксперимент 4 — Как магнит работает при высокой температуре?

Наденьте неодимовый диск на гвоздь и прикрепите его к тискам. Зажгите свечу и нагрейте магнит пламенем. Что теперь происходит с магнитом? Температура пламени свечи составляет около 1000 ° C, этого достаточно, чтобы магнит потерял свои магнитные свойства после нагрева.

Если вы подвергнете неодимовый магнит воздействию температур выше 80 градусов Цельсия в течение длительного времени, его магнитная сила ослабнет.

При таких температурах кристаллическая решетка разрушается, и магнит ослабевает. Если, например, бросить неодимовый магнит в огонь, он потеряет свою магнитную силу.

Эксперимент 5 — искажает ли сильный неодимовый магнит изображение ЭЛТ-монитора?

Если у вас есть старый ЭЛТ-монитор, которым вы больше не будете пользоваться, сделайте пятую попытку. Включите монитор и поднесите круглый неодимовый магнит ближе к экрану . Когда вы поднесете сильный магнит ближе к экрану, изображение начнет искажаться, и на мониторе появятся магнитные линии.

Предупреждение: эксперименты и игры с сильными неодимовыми магнитами могут быть опасными, остерегайтесь риска травм.