Între polii opuși ai unui magnet există. Poli opuși
Acasă, la serviciu, în propria mașină sau în transportul public, suntem înconjurați de diverse tipuri de magneți. Acestea alimentează motoare, senzori, microfoane și multe alte lucruri comune. Mai mult, în fiecare zonă sunt folosite dispozitive cu caracteristici și caracteristici diferite. În general, se disting următoarele tipuri de magneți:
Ce tipuri de magneți există?
Electromagneți. Designul unor astfel de produse constă dintr-un miez de fier pe care sunt înfășurate spire de sârmă. Prin aplicarea curentului electric cu diferiți parametri de mărime și direcție, este posibil să se obțină câmpuri magnetice cu puterea și polaritatea necesară.
Numele acestui grup de magneți este o abreviere a numelor componentelor sale: aluminiu, nichel și cobalt. Principalul avantaj al aliajului de alnico este stabilitatea de neegalat la temperatură a materialului. Alte tipuri de magneți nu se pot lăuda că pot fi folosite la temperaturi de până la +550 ⁰ C. În același timp, acest material ușor se caracterizează printr-o forță coercitivă slabă. Aceasta înseamnă că poate fi complet demagnetizat atunci când este expus la un câmp magnetic extern puternic. În același timp, datorită prețului său accesibil, alnico este o soluție indispensabilă în multe sectoare științifice și industriale.
Produse magnetice moderne
Deci, am rezolvat aliajele. Acum să trecem la ce tipuri de magneți există și ce utilizări pot găsi aceștia în viața de zi cu zi. De fapt, există o mare varietate de opțiuni pentru astfel de produse:
3) Magneți de birou. Plăcile magnetice sunt folosite pentru prezentări și întâlniri de planificare, care vă permit să prezentați clar și detaliat orice informație. De asemenea, se dovedesc extrem de utile în sălile de clasă ale școlilor și sălile universitare.
Poli opuși
M-am plimbat în jurul unui supermarket imens, aruncând în căruță primul lucru care mi-a venit la îndemână. Am încercat să nu mă gândesc la ce aveam nevoie de aceste cuțite, de curățat covoare și ceas ieftin cu strasuri strălucitoare. Alegerea bunurilor ar trebui să fie cât mai aleatorie posibil. La fel și alegerea casei de marcat la sfârșitul zonei de tranzacționare.
Casieria a zâmbit amabil, cu un zâmbet de datorie, a întrebat din memorie numărul de pachete necesare și a început să ia citiri de coduri de bare cu mișcări clare ale brațului robotic. Scannerul a funcționat impecabil. Pachetele nu au fost rupte. Și mărfurile nici nu au căzut de pe bandă rulantă. Dar mai era speranță când, cu degetele tremurând de emoție, am introdus codul PIN al cardului bancar la tastatură... Bine!!! Nu. Totul este bine. — Cecul tău. Și tot același zâmbet radiant.
Am părăsit Porsche-ul departe de intrare. Chiar în colțul parcării. Angajatul de la supermarket care mă urma pe călcâie îmi tremura nervii îndurerați mai mult decât vântul rece. „Mă întreb dacă chiar arăt ca genul de persoană care fură cărucioare?” În timp ce acest gând m-a făcut să zâmbesc, tot mă îngrijora. Am vrut să strig: „Abia așteptați!” Dar mi-am mărit ritmul, încercând să scap de urmăritorul meu enervant.
Porsche s-a remarcat ca un punct strălucitor cu mândrie printre fierul de călcat gri al automobilului care stătea lângă el. Își cunoștea valoarea și știa să spună tuturor celor din jur despre asta. Pentru cei care nu se vor urca niciodată într-o astfel de mașină. Cei care nu vor experimenta niciodată puterea motorului său nu vor simți niciodată luxul cald al interiorului din piele. E prea scumpă pentru ei. Exact ca pentru mine acum.
Stăteam la volan, dar nu m-am mișcat, așteptând cele zece minute alocate. Acum nu era nevoie de asta. Experimentul cu magazinul, și acoperișul curat al mașinii sport, lăsat deliberat sub cuiburile corbilor, mi-au confirmat cele mai rele suspiciuni. Am devenit la fel ca toți ceilalți. Renunț... Dar obiceiul este a doua natură. Va fi greu să scapi de ea. Foarte dificil.
Mai întâi trebuie să vinzi mașina. Apoi - un apartament într-o clădire mare. După…. Abia după mulți ani tot ce mi s-a întâmplat va fi uitat atât de mult încât va părea un basm. O invenție ciudată despre care nici măcar nu poți vorbi - vor râde de tine. Și doar un jurnal zdrențuit îmi va aminti că tot s-a întâmplat.
12 februarie 1996.
Nu am scris mult timp pentru că nu am putut - până la urmă nu sunt stângaci. Și ghipsul meu a fost îndepărtat abia ieri. Nu s-a întâmplat nimic special luna aceasta. Doar că aproape am fost concediat. Dar totul este în ordine. În dimineața zilei de 5 ianuarie, mă grăbeam să merg la serviciu și m-am trezit înaintea portarului. Era atât de alunecos încât am căzut chiar lângă intrare. Am avut noroc: m-am lovit doar de braț, iar ambulanța a sosit doar o oră mai târziu. La camera de urgență, o asistentă pe care o cunoșteam m-a lăsat să intru în afara rândului. Și doctorul era acolo și nici măcar beat. Adevărat, filmul din radiografie s-a dovedit a fi defect. Așa că au făcut poza abia a treia oară. Fractură deplasată. E bine că e închis.
În timp ce eram în concediu medical, laboratorul nostru a fost redus. Nu l-au lichidat complet doar pentru că directorul este o rudă cu Ivan Petrovici (ei bine, da, același lucru). Au rămas doar el și profesorul Nikolaev. Bătrânul era necesar pentru apariția științifică și apariția muncii folositoare. Restul au fost trimise la alte departamente pentru care nu existau instrucțiuni de sus. Ei bine, aveau să mă concedieze. La fel de absent și extrem.
Mai pot sparge ceva?
19 februarie 1996
Prima zi de muncă după concediul medical a decurs bine. Directorul laboratorului s-a trimis în vacanță. Deci nimeni nu mă va concedia încă o lună. Și eu și profesorul nu vom fi deranjați să jucăm dame și să vorbim despre viață. Bătrânul este o persoană bună și interesantă. Eh, de-ar fi durat șeful mai mult să-și trateze nervii la dispensar!
26 februarie 1996
În drum spre serviciu, cățărându-mă peste o năvală murdară lăsată de drumarii pe trotuar, m-am împiedicat, am căzut și mi-am rupt ochelarii. Din fericire, nimic altceva nu a fost deteriorat. Dar cel mai enervant lucru este că aproximativ cinci minute mai târziu, această zăpadă a fost înghițită de o freză de zăpadă!
Profesorul, deloc surprins de aspectul meu ponosit, mi-a turnat un pahar de porto și a început să asculte cu interes și simpatie despre următoarea mea aventură. Așa s-a întâmplat în laboratorul nostru - eu cad, iar el ascultă.
29 februarie 1996
Astăzi bătrânul m-a salutat ușor entuziasmat. A așteptat cu vizibilă nerăbdare să mă dezbrac și să mă așez la birou. În tot acest timp s-a plimbat prin laborator, ducându-și mâinile la spate și clătinându-și nervos capul în timp cu pașii. Părea să-și facă ecou: „Da, da! Asta e corect!" Am fost intrigat. Nu de multe ori îl vedeam pe profesor într-o asemenea tensiune. A fost prea mult chiar și pentru el. În cele din urmă, nu a suportat: „Da, ascultă, tu, până la urmă!”
Următoarea jumătate de oră a zburat complet din materialul familiar și normal. S-a dovedit că profesorul a notat de multe luni ceea ce credea că este cea mai importantă dintre poveștile mele zilnice. Sistematizat, fără nimic de făcut. Am analizat-o pentru a scutura mușchiul din vechile circumvoluții. Am cautat logica. Și apoi ieri i-a dat seama. Probabil că presiunea de afară se schimba. Nu i-a fost prea lene să stea peste noapte în laborator pentru a putea să deseneze diagrame ale vieții mele pe un plotter grafic (pentru asta sunt, se pare, aceste cutii sunt grele!)!
Aparent, în cuvintele cu care am apreciat această lucrare titanică se auzeau prea clar note de neîncredere, pentru că profesorul începea din când în când să strige, se bătea cu pumnul în piept și adăugă: „Da, nu reușesc dacă” gresesc!”
În cele din urmă, a apucat un magnet greu de potcoavă și l-a ridicat deasupra capului său amenințător: „Uită-te și ascultă cu atenție!” Argumentul acesta mi s-a părut convingător și am tăcut. Profesorul a ridicat un al doilea magnet deasupra capului său, de data aceasta o bară de magnet, și a adus aceste două ajutoare vizuale împreună cu poli opuși. S-au lipit firesc unul de celălalt. Dar am crezut că nu este sigur să aplaud această experiență de succes. Bătrânul, împingând cu greu magneții, a explicat: „Acesta ești tu!” mi-a pus o potcoavă sub nas. „Și asta e necaz!” - Mi-a arătat un alt magnet. „Ești atras!” Acest adevăr nu mi-a plăcut, dar nici nu m-a surprins. Eu însumi am bănuit de mult acest lucru. Fără diagrame și chiar fără magneți: „Asta e tot? Poate atunci ar fi mai bine să jucăm dame?”
Dar bătrânul a fost ferm: „Uită-te mai departe!” A repetat același experiment, doar că de această dată, mișcând magnetul plat față de potcoava, unul cu zece centimetri. Acum s-au atins doar cu stâlpii lor albaștri și, firesc, s-au respins. Profesorul m-a invitat să văd asta pentru mine și mi-a fost teamă să refuz. Dar tot nu am inteles ideea.
Și totul s-a dovedit a fi foarte simplu. Când Nikolaev a reușit în sfârșit să coboare pe pământ din raiul geniului său, mi-a explicat ușor și clar esența acestei stranii teorii. În opinia lui, am fost o persoană unică. Necazurile care m-au cuprins cu o regularitate de invidiat erau legate de mine la anumite intervale de timp. Pentru a le evita, trebuie doar să-ți muți viața puțin înapoi. Aproximativ zece minute, judecând după calculele lui. Sau, pentru a spune și mai simplu, de îndată ce sunteți pe cale să faceți ceva, opriți-vă, așteptați minutele alocate și - mergeți mai departe! Necazul este deja în spatele nostru!
Cu toată nebunia acestei presupuneri, era ceva în ea. Și am decis să încerc.
6 martie 1996
Totul este bine din nou. În aceste zile nu am spart nici măcar o ceașcă. Nu am fost niciodată lovit cu noroi de o mașină care trecea. Pudelul vecinului chiar a încetat să mă latre!
12 martie 1996
Metoda funcționează. Acum sunt sigur de asta. Iar dovada sunt nenorocirile mele. Nu au plecat nicăieri. Se mai întâmplă. Dar nu cu mine. Merg înaintea mea cu cele zece minute necesare și i se întâmplă altcuiva. Celor care se găsesc în locul unde ar trebui să fiu eu.
19 martie 1996
I-am adus profesorului o cutie cu vinul lui de porto preferat. Mi-am cheltuit ultima casă. Frigiderul este gol, iar ziua de plată este încă la o săptămână. Dar nu puteam să fac altfel: astăzi trebuia să fiu lovit de o mașină.
26 martie 1996
Ce s-a întâmplat în această săptămână este greu de descris pe scurt. Dar voi încerca să afirm principalul lucru: norocul a luat locul necazurilor în viața mea! Am observat acest lucru înainte, încă de la începutul experimentului. Dar îi era frică să-l înspăimânte sau să-l batjocorească, după ce și-a recunoscut asta. Dar după a doua mea naștere, am crezut atât de mult în geniul profesorului, încât am mers și mai departe testându-i teoria. Am început să mă joc. Lucruri mici: loterie, aparate de slot. Am câștigat puțin. Dar atunci - întotdeauna!
Și ieri am fost la cazinou. Și chiar dacă nu prea știu să joc la ruletă, întotdeauna am știut pe ce să pariez. După o oră de joc, când miza devenise deja indecent de mare, mi-am dat seama din privirea gardienilor că va fi greu să plec. Dar nu mi-a fost deloc frică. Mi-am încasat încet câștigurile. Am așteptat zece minute și am mers la ieșire. Securitatea nu a avut timp pentru mine în acel moment: lucrau împreună pentru a stinge cablurile electrice care se scurtcircuitase în casa de marcat.
12 aprilie 1996
În cele din urmă mi-au semnat scrisoarea de demisie. Acum nu trebuie să merg în celălalt capăt al orașului în fiecare zi la acest laborator prost.
27 aprilie 1997
Mi-am cumpărat un apartament într-o clădire după o călătorie de o săptămână la Montecarlo. Ei bine, bineînțeles, am lăsat puțin să trăiesc, ca să nu mă plimb prin unitățile de jocuri de noroc ieftine din Moscova. Slavă Domnului că avem o țară liberă. Și nimeni încă nu te întreabă din câți bani trăiești.
8 septembrie 1998
Nu îi înțeleg pe cei care au suferit din cauza implicită. Ce fel de idioți trebuie să fii ca să nu ai timp să transformi ruble în valută!
18 martie 2000
L-au pus... Cum îl pot spăla acum? Va trebui să fii cu ochii pe slujitori, ca să nu desființeze o bucată!
*****************
6 noiembrie 2008
Și de ce am cumpărat acțiuni Gazprom cu 300 de ruble vara și la marjă?! Da, și unde s-a dus nenorocitul ăla de profesor?!
12 decembrie 2008
Băncile cer rambursarea împrumuturilor. Aceștia amenință cu instanța și executorii judecătorești. Dar nu există profesor! A început acest experiment și m-a lăsat în pace! Scăpat! E mort, e o infecție!!! Și aveam atâtea speranțe pentru el...
12 ianuarie 2009
Astăzi voi face ce vreau, încercând să nu aștept cele 10 minute alocate. Încă mai am speranța că nu am devenit la fel ca toți ceilalți. Că ghinionul meu este încă cu mine.
Lasă vasele să se spargă, hainele să se rupă și să spargă cauciucurile! Îl voi aștepta cu nerăbdare. Dacă s-ar dovedi că ținta a fost depășită. Intervalul dintre „+” și „-” s-a schimbat. Și dacă da, îmi voi găsi averea. Indiferent de cât timp și efort îmi ia.
**************
**************
În cele din urmă, Porsche a părăsit parcarea. Paznicul, care stătuse aproape atent în tot acest timp, a prins viață și a dus căruciorul până la ușile de sticlă ale supermarketului. Și a reușit exact la timp să surprindă scena tăcută, ai cărei participanți erau vânzători, casierii, clienți și o bătrână care a câștigat o sută de mii de ruble ca al milionul de vizitator al magazinului.
„Mișcarea particulelor într-un câmp magnetic” - Manifestarea forței Lorentz. Repetiţie. Materia interstelară. Direcțiile forței Lorentz. Spectrograf de masă. Aplicarea forței Lorentz. Ciclotron. Modificarea parametrilor. Mișcarea particulelor într-un câmp magnetic. Tub catodic. Spectrograf. Sens. forța Lorentz. Întrebări de testare. Determinarea mărimii forței Lorentz.
„Câmpul magnetic și reprezentarea sa grafică” - Biometrologie. Linii magnetice. Lumini polare. Cercuri concentrice. Câmp magnetic al unui magnet permanent. Poli opuși magnetici. Câmp magnetic. În interiorul unei benzi magnet. Câmpul magnetic al Pământului. Câmpul magnetic și reprezentarea lui grafică. Magneți permanenți. Ipoteza lui Ampere. Poli magnetici.
„Energia câmpului magnetic” - Timp de relaxare. Procese tranzitorii. Densitatea energetică. Cantitatea scalară. Electrodinamică. Densitatea energiei câmpului magnetic. Câmpuri magnetice constante. Energia bobinei. Extracurenți într-un circuit cu inductanță. Câmp magnetic pulsat. Auto-inducere. Calculul inductanței. Definiţia inductance. Circuit oscilator.
„Caracteristicile unui câmp magnetic” - Vectorul de inducție magnetică este direcționat perpendicular pe plan. Linii de inducție magnetică. Formula este valabilă la vitezele particulelor încărcate. Forța care acționează asupra unei sarcini electrice. Punctul în care este detectat câmpul magnetic. Electromagnetism. Câmp magnetic al curentului circular. Trei moduri de a seta vectorul de inducție magnetică.
„Câmp magnetic, linii magnetice” - Experiență în detectarea câmpului magnetic al curentului. Un magnet are diferite forțe atractive în diferite zone. Liniile magnetice ale solenoidului. Liniile magnetice ale unui conductor drept care transportă curent. Dispunerea piliturii metalice în jurul unui conductor drept. Termină propoziția. Mișcarea sarcinilor electrice.
„Determinarea câmpului magnetic” - Echipamente. Reflecție de seară. Folosind datele obținute în timpul experimentelor, completăm tabelul. Sarcina experimentală. Cyrano de Bergerac. J. Vern. Reprezentarea grafică a câmpurilor magnetice. Un magnet are doi poli: nord și sud. Acțiunile curentului electric. Direcția liniilor câmpului magnetic.
Sunt 20 de prezentări în total
Proprietățile magneților permanenți. 1. Polii magnetici opuși se atrag, așa cum polii magnetici se resping. 2. Liniile magnetice sunt linii închise. În afara magnetului, liniile magnetice părăsesc „N” și intră în „S”, închizându-se în interiorul magnetului. În 1600 Medicul englez G.H Gilbert a dedus proprietățile de bază ale magneților permanenți.
Slide 9 din prezentare „Magneți permanenți, câmpul magnetic al Pământului”.Dimensiunea arhivei cu prezentarea este de 2149 KB.
Fizica clasa a VIII-arezumatul altor prezentări
„Trei tipuri de transfer de căldură” - Aerostate. Schimb de căldură. Cum poate fi explicată convecția din punctul de vedere al structurii moleculare a gazului. Energia solară. Tabel comparativ al conductivităților termice ale diferitelor substanțe. Trageți o concluzie din imagine. Lichid. Radiator. Utilizarea ramelor duble pentru ferestre. Conductivitate termică. Tipuri de transfer de căldură. Cum se poate explica buna conductivitate termica a metalelor? Transfer radiant de căldură. De ce este imposibilă convecția în solide?
„Proces de fierbere” - Presiune. Formula. Căldura specifică de vaporizare. Este posibil să fiarbă apa fără a o încălzi? Q=Lm. Temperatura fluidului. Gătit. Gaze și solide. Fierbe în viața de zi cu zi și în industrie. Definiţie. Aplicație. Asemănări și diferențe. Substanţă. Fierbere. Proces de încălzire. Rezolva probleme. Procesul de fierbere. Punct de fierbere. Punctul de fierbere al unui lichid. Procese de încălzire și fierbere. Vaporizare.
„Crearea unei imagini științifice a lumii” - Revoluție în medicină. Schimbări. Louis Pasteur. Domnul fulgerului. Rene Laennec. biolog rus și francez. microbiolog german. Știință: crearea unei imagini științifice a lumii. James Carl Maxwell. Wilhelm Conrad Roentgen. Senzațiile continuă. Hendrik Anton Lorenz. Oamenii de știință care studiază fenomenul radioactivității. Heinrich Rudolf Hertz. Lovitură. Edward Jenner. Revoluție în știința naturii. Razele pătrund în diferite obiecte.
„Fizica în clasa a VIII-a „Fenomene termice”” - Planificarea tematică a lecțiilor la secțiunea „Fenomene termice”. Dezvoltarea lecției. Modelarea sistemului de lecții pentru secțiunea „Fenomene termice”. Metode de predare. Explicarea psihologică și pedagogică a percepției și stăpânirii materialului educațional. Continuați să dezvoltați cunoștințele elevilor despre energie. Rezultatele generale ale subiectului. Rezultate personale. Analiza performanței muncii de diagnosticare. Complex educațional și metodologic.
„Magneți permanenți” - Studiul proprietăților magneților permanenți. Anomalii magnetice. Câmp magnetic. Glob. Originea câmpului magnetic. Proprietățile magnetice ale corpurilor. Acțiunea magnetică a unei bobine purtătoare de curent. Închiderea liniilor electrice. Câmpul magnetic al Pământului. Polul Nord. Magneți permanenți. Magnetizarea fierului. Poli opuși magnetici. Câmp magnetic pe Lună. Acțiuni magnetice. Un magnet având un pol. Linii de forță magnetice.
Există două tipuri diferite de magneți. Unii sunt așa-numiți magneți permanenți, fabricați din materiale „magnetice dure”. Proprietățile lor magnetice nu sunt legate de utilizarea surselor externe sau a curenților. Un alt tip include așa-numiții electromagneți cu un miez din fier „magnetic moale”. Câmpurile magnetice pe care le creează se datorează în principal faptului că un curent electric trece prin firul de înfășurare care înconjoară miezul.
Poli magnetici si camp magnetic.
Proprietățile magnetice ale unui magnet bar sunt cele mai vizibile în apropierea capetelor sale. Dacă un astfel de magnet este atârnat de partea din mijloc, astfel încât să se poată roti liber într-un plan orizontal, atunci va lua o poziție aproximativ corespunzătoare direcției de la nord la sud. Capătul tijei îndreptată spre nord se numește polul nord, iar capătul opus se numește polul sudic. Polii opuși ai doi magneți se atrag unul pe celălalt, iar polii asemănători se resping reciproc.
Dacă o bară de fier nemagnetizat este adusă aproape de unul dintre polii unui magnet, acesta din urmă va deveni temporar magnetizat. În acest caz, polul barei magnetizate cel mai apropiat de polul magnetului va fi opus ca nume, iar cel îndepărtat va avea același nume. Atractia dintre polul magnetului si polul opus indusa de acesta in bara explica actiunea magnetului. Unele materiale (cum ar fi oțelul) în sine devin magneți permanenți slabi după ce se află lângă un magnet permanent sau un electromagnet. O tijă de oțel poate fi magnetizată prin simpla trecere a capătului unui magnet permanent de bară de-a lungul capătului său.
Deci, un magnet atrage alți magneți și obiecte din materiale magnetice fără a fi în contact cu aceștia. Această acțiune la distanță se explică prin existența unui câmp magnetic în spațiul din jurul magnetului. O idee despre intensitatea și direcția acestui câmp magnetic poate fi obținută prin turnarea piliturii de fier pe o foaie de carton sau sticlă plasată pe un magnet. Rumegul se va alinia în lanțuri în direcția câmpului, iar densitatea liniilor de rumeguș va corespunde intensității acestui câmp. (Sunt cele mai groase la capetele magnetului, unde intensitatea câmpului magnetic este cea mai mare.)
M. Faraday (1791–1867) a introdus conceptul de linii de inducție închise pentru magneți. Liniile de inducție se extind în spațiul înconjurător de la magnetul de la polul său nord, intră în magnet la polul său sudic și trec în interiorul materialului magnetului de la polul sud înapoi la nord, formând o buclă închisă. Numărul total de linii de inducție care ies dintr-un magnet se numește flux magnetic. Densitatea fluxului magnetic sau inducția magnetică ( ÎN), este egal cu numărul de linii de inducție care trec de-a lungul normalei printr-o zonă elementară de dimensiunea unității.
Inducția magnetică determină forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unui conductor de curent aflat în el. Dacă conductorul prin care trece curentul eu, este situat perpendicular pe liniile de inducție, apoi conform legii lui Ampere forța F, care acționează asupra conductorului, este perpendiculară atât pe câmp, cât și pe conductor și este proporțională cu inducția magnetică, puterea curentului și lungimea conductorului. Astfel, pentru inducția magnetică B poți scrie o expresie
Unde F- forta in newtoni, eu- curent în amperi, l– lungime în metri. Unitatea de măsură pentru inducția magnetică este tesla (T).
Galvanometru.
Un galvanometru este un instrument sensibil pentru măsurarea curenților slabi. Un galvanometru folosește cuplul produs de interacțiunea unui magnet permanent în formă de potcoavă cu o bobină mică purtătoare de curent (un electromagnet slab) suspendată în golul dintre polii magnetului. Cuplul și, prin urmare, deviația bobinei, este proporțională cu curentul și cu inducția magnetică totală în spațiul de aer, astfel încât scara dispozitivului este aproape liniară pentru deviații mici ale bobinei.
Forța de magnetizare și puterea câmpului magnetic.
În continuare, ar trebui să introducem o altă cantitate care caracterizează efectul magnetic al curentului electric. Să presupunem că curentul trece prin firul unei bobine lungi, în interiorul căreia se află un material magnetizabil. Forța de magnetizare este produsul dintre curentul electric din bobină și numărul de spire (această forță se măsoară în amperi, deoarece numărul de spire este o mărime adimensională). Intensitatea câmpului magnetic N egală cu forța de magnetizare pe unitatea de lungime a bobinei. Astfel, valoarea N măsurată în amperi pe metru; determină magnetizarea dobândită de materialul din interiorul bobinei.
Într-o inducție magnetică în vid B proporțional cu intensitatea câmpului magnetic N:
Unde m 0 – așa-numitul constantă magnetică având o valoare universală de 4 p H 10-7 H/m. În multe materiale valoarea B aproximativ proporțională N. Cu toate acestea, în materialele feromagnetice raportul dintre BŞi N ceva mai complicat (după cum va fi discutat mai jos).
În fig. 1 prezintă un electromagnet simplu conceput pentru a prinde sarcini. Sursa de energie este o baterie DC. Figura prezintă, de asemenea, liniile de câmp ale electromagnetului, care pot fi detectate prin metoda obișnuită a piliturii de fier.
Electromagneții mari cu miez de fier și un număr foarte mare de amperi-tururi, care funcționează în regim continuu, au o forță mare de magnetizare. Ele creează o inducție magnetică de până la 6 Tesla în golul dintre poli; această inducție este limitată doar de solicitarea mecanică, încălzirea bobinelor și saturația magnetică a miezului. O serie de electromagneți uriași răciți cu apă (fără miez), precum și instalații pentru crearea de câmpuri magnetice pulsate, au fost proiectate de P.L Kapitsa (1894–1984) la Cambridge și la Institutul de Probleme Fizice al Academiei de Științe a URSS și F. Bitter (1902–1967) în Massachusetts Institute of Technology. Cu astfel de magneți a fost posibil să se obțină o inducție de până la 50 Tesla. Un electromagnet relativ mic care produce câmpuri de până la 6,2 Tesla, consumă 15 kW de energie electrică și este răcit cu hidrogen lichid, a fost dezvoltat la Laboratorul Național Losalamos. Câmpuri similare se obțin la temperaturi criogenice.
Permeabilitatea magnetică și rolul său în magnetism.
Permeabilitatea magnetică m este o mărime care caracterizează proprietățile magnetice ale unui material. Metalele feromagnetice Fe, Ni, Co și aliajele lor au permeabilitati maxime foarte mari - de la 5000 (pentru Fe) la 800.000 (pentru supermaloy). În astfel de materiale la intensități de câmp relativ scăzute H apar inducții mari B, dar relația dintre aceste mărimi este, în general, neliniară datorită fenomenelor de saturație și histerezis, care sunt discutate mai jos. Materialele ferromagnetice sunt puternic atrase de magneți. Ei își pierd proprietățile magnetice la temperaturi peste punctul Curie (770°C pentru Fe, 358°C pentru Ni, 1120°C pentru Co) și se comportă ca paramagneți, pentru care inducție. B până la valori foarte mari de tensiune H este proporțională cu ea - exact la fel ca și în vid. Multe elemente și compuși sunt paramagnetice la toate temperaturile. Substanțele paramagnetice se caracterizează prin faptul că se magnetizează într-un câmp magnetic extern; dacă acest câmp este oprit, substanțele paramagnetice revin la o stare nemagnetizată. Magnetizarea în feromagneți este menținută chiar și după oprirea câmpului extern.
În fig. Figura 2 prezintă o buclă tipică de histerezis pentru un material feromagnetic dur magnetic (cu pierderi mari). Caracterizează dependența ambiguă a magnetizării unui material ordonat magnetic de puterea câmpului de magnetizare. Cu creșterea intensității câmpului magnetic de la punctul inițial (zero) ( 1 ) magnetizarea are loc de-a lungul liniei întrerupte 1 –2 , și valoarea m se modifică semnificativ pe măsură ce magnetizarea probei crește. La punctul 2 se atinge saturația, adică cu o creștere suplimentară a tensiunii, magnetizarea nu mai crește. Daca acum scadem treptat valoarea H la zero, apoi curba B(H) nu mai urmează aceeași cale, ci trece prin punct 3 , dezvăluind, parcă, o „amintire” a materialului despre „istoria trecută”, de unde și numele de „histereză”. Este evident că în acest caz se păstrează o oarecare magnetizare reziduală (segment 1 –3 ). După schimbarea direcției câmpului de magnetizare în direcția opusă, curba ÎN (N) trece punctul 4 , iar segmentul ( 1 )–(4 ) corespunde forţei coercitive care împiedică demagnetizarea. Creștere suplimentară a valorilor (- H) aduce curba de histerezis la al treilea cadran - secțiunea 4 –5 . Scăderea ulterioară a valorii (- H) la zero și apoi cresc valorile pozitive H va duce la închiderea buclei de histerezis prin puncte 6 , 7 Şi 2 .
Materialele magnetice dure se caracterizează printr-o buclă largă de histerezis, care acoperă o zonă semnificativă pe diagramă și, prin urmare, corespunzând unor valori mari de magnetizare remanentă (inducție magnetică) și forță coercitivă. O buclă îngustă de histerezis (Fig. 3) este caracteristică materialelor magnetice moi, cum ar fi oțelul moale și aliajele speciale cu permeabilitate magnetică ridicată. Astfel de aliaje au fost create cu scopul de a reduce pierderile de energie cauzate de histerezis. Majoritatea acestor aliaje speciale, precum feritele, au o rezistență electrică ridicată, ceea ce reduce nu numai pierderile magnetice, ci și pierderile electrice cauzate de curenții turbionari.
Materialele magnetice cu permeabilitate ridicată sunt produse prin recoacere, realizată prin menținerea la o temperatură de aproximativ 1000 ° C, urmată de revenire (răcire treptată) la temperatura camerei. În acest caz, tratamentul mecanic și termic preliminar, precum și absența impurităților în probă sunt foarte importante. Pentru miezurile de transformatoare la începutul secolului XX. au fost dezvoltate oțeluri siliconice, valoarea m care a crescut odată cu creșterea conținutului de siliciu. Între 1915 și 1920, au apărut permalloies (aliaje de Ni și Fe) cu o buclă caracteristică de histerezis îngustă și aproape dreptunghiulară. Valori de permeabilitate magnetică deosebit de ridicate m la valori mici H Aliajele diferă prin hipernic (50% Ni, 50% Fe) și mu-metal (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr), în timp ce în perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co ) valoare m practic constantă într-o gamă largă de modificări ale intensității câmpului. Dintre materialele magnetice moderne, trebuie menționat supermaloy, un aliaj cu cea mai mare permeabilitate magnetică (conține 79% Ni, 15% Fe și 5% Mo).
Teorii ale magnetismului.
Pentru prima dată, presupunerea că fenomenele magnetice sunt în cele din urmă reduse la fenomene electrice a apărut de la Ampere în 1825, când a exprimat ideea microcurenților interni închisi care circulă în fiecare atom al unui magnet. Cu toate acestea, fără nicio confirmare experimentală a prezenței unor astfel de curenți în materie (electronul a fost descoperit de J. Thomson abia în 1897, iar descrierea structurii atomului a fost dată de Rutherford și Bohr în 1913), această teorie „a dispărut”. .” În 1852, W. Weber a sugerat că fiecare atom al unei substanțe magnetice este un mic magnet, sau dipol magnetic, astfel încât magnetizarea completă a unei substanțe este realizată atunci când toți magneții atomici individuali sunt aliniați într-o anumită ordine (Fig. 4, b). Weber credea că „frecarea” moleculară sau atomică ajută acești magneți elementari să-și mențină ordinea în ciuda influenței perturbatoare a vibrațiilor termice. Teoria sa a putut explica magnetizarea corpurilor la contactul cu un magnet, precum și demagnetizarea lor la impact sau încălzire; în sfârșit, a fost explicată și „reproducția” magneților la tăierea în bucăți a unui ac magnetizat sau a unei tije magnetice. Și totuși această teorie nu a explicat nici originea magneților elementari înșiși, nici fenomenele de saturație și histerezis. Teoria lui Weber a fost îmbunătățită în 1890 de J. Ewing, care și-a înlocuit ipoteza frecării atomice cu ideea forțelor de limitare interatomice care ajută la menținerea ordonării dipolilor elementari care alcătuiesc un magnet permanent.
Abordarea problemei, propusă odată de Ampere, a primit o a doua viață în 1905, când P. Langevin a explicat comportamentul materialelor paramagnetice atribuind fiecărui atom un curent electronic intern necompensat. Potrivit lui Langevin, acești curenți formează magneți minusculi care sunt orientați aleatoriu atunci când nu există un câmp extern, dar capătă o orientare ordonată atunci când este aplicat. În acest caz, abordarea ordinii complete corespunde saturației magnetizării. În plus, Langevin a introdus conceptul de moment magnetic, care pentru un magnet atomic individual este egal cu produsul dintre „sarcina magnetică” a unui pol și distanța dintre poli. Astfel, magnetismul slab al materialelor paramagnetice se datorează momentului magnetic total creat de curenții de electroni necompensați.
În 1907, P. Weiss a introdus conceptul de „domeniu”, care a devenit o contribuție importantă la teoria modernă a magnetismului. Weiss și-a imaginat domeniile ca mici „colonii” de atomi, în interiorul cărora momentele magnetice ale tuturor atomilor, din anumite motive, sunt forțate să mențină aceeași orientare, astfel încât fiecare domeniu este magnetizat până la saturație. Un domeniu separat poate avea dimensiuni liniare de ordinul a 0,01 mm și, în consecință, un volum de ordinul a 10–6 mm 3 . Domeniile sunt separate de așa-numiții pereți Bloch, a căror grosime nu depășește 1000 de dimensiuni atomice. „Peretele” și două domenii orientate opus sunt prezentate schematic în Fig. 5. Astfel de pereți reprezintă „straturi de tranziție” în care direcția de magnetizare a domeniului se schimbă.
În cazul general, pe curba de magnetizare inițială se pot distinge trei secțiuni (Fig. 6). În secțiunea inițială, peretele, sub influența unui câmp exterior, se deplasează prin grosimea substanței până când întâlnește un defect în rețeaua cristalină, care îl oprește. Prin creșterea intensității câmpului, puteți forța peretele să se miște mai departe, prin secțiunea de mijloc dintre liniile întrerupte. Dacă după aceasta intensitatea câmpului este din nou redusă la zero, atunci pereții nu vor mai reveni la poziția inițială, astfel încât proba va rămâne parțial magnetizată. Aceasta explică histerezisul magnetului. La secțiunea finală a curbei, procesul se încheie cu saturarea magnetizării probei datorită ordonării magnetizării în interiorul ultimelor domenii dezordonate. Acest proces este aproape complet reversibil. Duritatea magnetică este prezentată de acele materiale a căror rețea atomică conține multe defecte care împiedică mișcarea pereților interdomenii. Acest lucru poate fi realizat prin tratament mecanic și termic, de exemplu prin compresie și sinterizarea ulterioară a materialului sub formă de pulbere. În aliajele de alnico și analogii lor, același rezultat este obținut prin topirea metalelor într-o structură complexă.
Pe lângă materialele paramagnetice și feromagnetice, există materiale cu așa-numitele proprietăți antiferomagnetice și ferimagnetice. Diferența dintre aceste tipuri de magnetism este explicată în Fig. 7. Pe baza conceptului de domenii, paramagnetismul poate fi considerat ca un fenomen cauzat de prezența în material a unor grupuri mici de dipoli magnetici, în care dipolii individuali interacționează foarte slab între ei (sau nu interacționează deloc) și, prin urmare, , în absența unui câmp extern, luați doar orientări aleatorii ( Fig. 7, O). În materialele feromagnetice, în cadrul fiecărui domeniu există o interacțiune puternică între dipolii individuali, conducând la alinierea paralelă ordonată a acestora (Fig. 7, b). În materialele antiferomagnetice, dimpotrivă, interacțiunea dintre dipolii individuali duce la alinierea lor ordonată antiparalelă, astfel încât momentul magnetic total al fiecărui domeniu este zero (Fig. 7, V). În cele din urmă, în materialele ferimagnetice (de exemplu, ferite) există atât o ordonare paralelă, cât și o ordonare antiparalelă (Fig. 7, G), rezultând un magnetism slab.
Există două confirmări experimentale convingătoare ale existenței domeniilor. Primul dintre ele este așa-numitul efect Barkhausen, al doilea este metoda figurilor de pulbere. În 1919, G. Barkhausen a stabilit că atunci când un câmp extern este aplicat unui eșantion de material feromagnetic, magnetizarea acestuia se modifică în porțiuni discrete mici. Din punctul de vedere al teoriei domeniului, acesta nu este altceva decât un avans brusc al peretelui interdomeniu, întâlnind pe drum defecte individuale care îl întârzie. Acest efect este de obicei detectat folosind o bobină în care este plasată o tijă sau un fir feromagnetic. Dacă aduceți alternativ un magnet puternic spre și departe de eșantion, eșantionul va fi magnetizat și remagnetizat. Modificările bruște ale magnetizării probei modifică fluxul magnetic prin bobină și un curent de inducție este excitat în ea. Tensiunea generată în bobină este amplificată și alimentată la intrarea unei perechi de căști acustice. Clicuri auzite prin căști indică o schimbare bruscă a magnetizării.
Pentru a identifica structura domeniului unui magnet folosind metoda figurii de pulbere, o picătură dintr-o suspensie coloidală de pulbere feromagnetică (de obicei Fe 3 O 4) este aplicată pe o suprafață bine lustruită a unui material magnetizat. Particulele de pulbere se depun în principal în locuri cu neomogenitate maximă a câmpului magnetic - la granițele domeniilor. Această structură poate fi studiată la microscop. De asemenea, a fost propusă o metodă bazată pe trecerea luminii polarizate printr-un material feromagnetic transparent.
Teoria originală a magnetismului a lui Weiss în principalele sale trăsături și-a păstrat semnificația până în ziua de azi, având totuși o interpretare actualizată bazată pe ideea spinurilor electronilor necompensate ca factor care determină magnetismul atomic. Ipoteza despre existența impulsului propriu al unui electron a fost înaintată în 1926 de S. Goudsmit și J. Uhlenbeck, iar în prezent electronii ca purtători de spin sunt considerați „magneți elementari”.
Pentru a explica acest concept, luați în considerare (Fig. 8) un atom liber de fier, un material feromagnetic tipic. Cele două cochilii ale sale ( KŞi L), cei mai aproape de nucleu sunt umpluți cu electroni, primul dintre ei conținând doi, iar al doilea conținând opt electroni. ÎN K-shell, spinul unuia dintre electroni este pozitiv, iar celălalt este negativ. ÎN L-coaja (mai precis, în cele două subînvelișuri ale sale), patru din cei opt electroni au spini pozitivi, iar ceilalți patru au spini negativi. În ambele cazuri, rotațiile electronilor dintr-o înveliș sunt complet compensate, astfel încât momentul magnetic total este zero. ÎN M-shell, situatia este diferita, deoarece din cei sase electroni situati in al treilea subshell, cinci electroni au spini indreptati intr-o directie, iar doar al saselea in cealalta. Ca urmare, rămân patru rotiri necompensate, ceea ce determină proprietățile magnetice ale atomului de fier. (În exterior N-shell are doar doi electroni de valență, care nu contribuie la magnetismul atomului de fier.) Magnetismul altor feromagneți, precum nichelul și cobaltul, se explică în mod similar. Deoarece atomii învecinați dintr-o probă de fier interacționează puternic între ei, iar electronii lor sunt parțial colectivizați, această explicație ar trebui considerată doar ca o diagramă vizuală, dar foarte simplificată a situației reale.
Teoria magnetismului atomic, bazată pe luarea în considerare a spinului electronului, este susținută de două experimente giromagnetice interesante, dintre care unul a fost realizat de A. Einstein și W. de Haas, iar celălalt de S. Barnett. În primul dintre aceste experimente, un cilindru de material feromagnetic a fost suspendat așa cum se arată în Fig. 9. Dacă curentul este trecut prin firul de înfășurare, cilindrul se rotește în jurul axei sale. Când direcția curentului (și, prin urmare, câmpul magnetic) se schimbă, acesta se întoarce în direcția opusă. În ambele cazuri, rotația cilindrului se datorează ordonării spinilor electronilor. În experimentul lui Barnett, dimpotrivă, un cilindru suspendat, adus brusc într-o stare de rotație, devine magnetizat în absența unui câmp magnetic. Acest efect se explică prin faptul că atunci când magnetul se rotește, se creează un moment giroscopic, care tinde să rotească momentele de rotație în direcția propriei axe de rotație.
Pentru o explicație mai completă a naturii și originii forțelor cu rază scurtă de acțiune care ordonă magneții atomici învecinați și contracarează influența dezordonată a mișcării termice, ar trebui să apelăm la mecanica cuantică. O explicație mecanică cuantică a naturii acestor forțe a fost propusă în 1928 de W. Heisenberg, care a postulat existența interacțiunilor de schimb între atomii vecini. Mai târziu, G. Bethe și J. Slater au arătat că forțele de schimb cresc semnificativ odată cu scăderea distanței dintre atomi, dar la atingerea unei anumite distanțe interatomice minime ele scad la zero.
PROPRIETĂȚI MAGNETICE ALE SUBSTANȚEI
Unul dintre primele studii extinse și sistematice ale proprietăților magnetice ale materiei a fost întreprins de P. Curie. El a stabilit că, în funcție de proprietățile lor magnetice, toate substanțele pot fi împărțite în trei clase. Prima categorie include substanțe cu proprietăți magnetice pronunțate, similare cu proprietățile fierului. Astfel de substanțe se numesc feromagnetice; câmpul lor magnetic este vizibil la distanțe considerabile ( cm. superior). A doua clasă include substanțe numite paramagnetice; Proprietățile lor magnetice sunt în general similare cu cele ale materialelor feromagnetice, dar mult mai slabe. De exemplu, forța de atracție către polii unui electromagnet puternic poate smulge un ciocan de fier din mâinile tale, iar pentru a detecta atracția unei substanțe paramagnetice față de același magnet, de obicei aveți nevoie de balanțe analitice foarte sensibile. Ultima, a treia clasă include așa-numitele substanțe diamagnetice. Ele sunt respinse de un electromagnet, adică. forța care acționează asupra materialelor diamagnetice este îndreptată opus celei care acționează asupra materialelor fero- și paramagnetice.
Măsurarea proprietăților magnetice.
Când se studiază proprietățile magnetice, două tipuri de măsurători sunt cele mai importante. Prima dintre ele este măsurarea forței care acționează asupra unei probe în apropierea unui magnet; Astfel se determină magnetizarea probei. Al doilea include măsurători ale frecvențelor „rezonante” asociate cu magnetizarea materiei. Atomii sunt „giroscopii” minuscule și într-un câmp magnetic precess (ca un vârf obișnuit sub influența cuplului creat de gravitație) la o frecvență care poate fi măsurată. În plus, o forță acționează asupra particulelor încărcate libere care se mișcă în unghi drept față de liniile de inducție magnetică, la fel ca curentul de electroni dintr-un conductor. Determină mișcarea particulei pe o orbită circulară, a cărei rază este dată de
R = mv/eB,
Unde m- masa particulelor, v- viteza sa, e este sarcina sa și B– inducția câmpului magnetic. Frecvența unei astfel de mișcări circulare este
Unde f măsurată în herți, e– în pandantive, m– în kilograme, B- în Tesla. Această frecvență caracterizează mișcarea particulelor încărcate într-o substanță situată într-un câmp magnetic. Ambele tipuri de mișcare (precesia și mișcarea de-a lungul orbitelor circulare) pot fi excitate prin alternarea câmpurilor cu frecvențe de rezonanță egale cu frecvențele „naturale” caracteristice unui material dat. În primul caz, rezonanța se numește magnetică, iar în al doilea - ciclotron (datorită asemănării sale cu mișcarea ciclică a unei particule subatomice într-un ciclotron).
Vorbind despre proprietățile magnetice ale atomilor, este necesar să se acorde o atenție deosebită momentului lor unghiular. Câmpul magnetic acționează asupra dipolului atomic rotativ, având tendința de a-l roti și de a-l plasa paralel cu câmpul. În schimb, atomul începe să preceseze în jurul direcției câmpului (Fig. 10) cu o frecvență care depinde de momentul dipol și de puterea câmpului aplicat.
Precesia atomică nu este direct observabilă, deoarece toți atomii dintr-o probă precesează într-o fază diferită. Dacă aplicăm un mic câmp alternativ direcționat perpendicular pe câmpul de ordonare constant, atunci se stabilește o anumită relație de fază între atomii care precedă și momentul lor magnetic total începe să preceadă cu o frecvență egală cu frecvența de precesiune a momentelor magnetice individuale. Viteza unghiulară a precesiei este importantă. De regulă, această valoare este de ordinul a 10 10 Hz/T pentru magnetizarea asociată cu electronii și de ordinul a 10 7 Hz/T pentru magnetizarea asociată cu sarcini pozitive în nucleele atomilor.
O diagramă schematică a unei configurații pentru observarea rezonanței magnetice nucleare (RMN) este prezentată în Fig. 11. Substanţa studiată este introdusă într-un câmp constant uniform între poli. Dacă un câmp de radiofrecvență este apoi excitat folosind o bobină mică care înconjoară eprubeta, se poate obține o rezonanță la o frecvență specifică egală cu frecvența de precesiune a tuturor „giroscopului” nuclear din probă. Măsurătorile sunt similare cu reglarea unui receptor radio la frecvența unui anumit post.
Metodele de rezonanță magnetică fac posibilă studierea nu numai a proprietăților magnetice ale anumitor atomi și nuclee, ci și a proprietăților mediului lor. Cert este că câmpurile magnetice din solide și molecule sunt neomogene, deoarece sunt distorsionate de sarcinile atomice, iar detaliile curbei de rezonanță experimentală sunt determinate de câmpul local din regiunea în care se află nucleul care precedă. Acest lucru face posibilă studierea caracteristicilor structurale ale unui anumit eșantion folosind metode de rezonanță.
Calculul proprietăților magnetice.
Inducția magnetică a câmpului Pământului este de 0,5 x 10 –4 T, în timp ce câmpul dintre polii unui electromagnet puternic este de aproximativ 2 T sau mai mult.
Câmpul magnetic creat de orice configurație de curenți poate fi calculat folosind formula Biot-Savart-Laplace pentru inducerea magnetică a câmpului creat de un element de curent. Calcularea câmpului creat de circuite de diferite forme și bobine cilindrice este în multe cazuri foarte complexă. Mai jos sunt formule pentru o serie de cazuri simple. Inducția magnetică (în tesla) a câmpului creat de un fir drept lung care transportă curent eu
Câmpul unei tije magnetizate de fier este similar cu câmpul extern al unui solenoid lung, numărul de spire amperaj pe unitate de lungime corespunzând curentului din atomii de pe suprafața tijei magnetizate, deoarece curenții din interiorul tijei se anulează. unul pe altul (Fig. 12). Sub numele de Ampere, un astfel de curent de suprafață se numește Ampere. Intensitatea câmpului magnetic H a, creat de curentul Amperi, este egal cu momentul magnetic pe unitatea de volum a tijei M.
Dacă o tijă de fier este introdusă în solenoid, atunci pe lângă faptul că curentul solenoidului creează un câmp magnetic H, ordonarea dipolilor atomici în materialul tijei magnetizate creează magnetizare M. În acest caz, fluxul magnetic total este determinat de suma curenților reali și amperilor, astfel încât B = m 0(H + H a), sau B = m 0(H+M). Atitudine M/H numit susceptibilitate magnetică și este notat cu litera greacă c; c– o mărime adimensională care caracterizează capacitatea unui material de a fi magnetizat într-un câmp magnetic.
Magnitudinea B/H, care caracterizează proprietățile magnetice ale unui material, se numește permeabilitate magnetică și se notează prin m a, și m a = m 0m, Unde m a- absolut, și m- permeabilitatea relativă,
În substanţele feromagnetice cantitatea c poate avea valori foarte mari – până la 10 4 е 10 6 . Magnitudinea c Materialele paramagnetice au puțin mai mult decât zero, iar materialele diamagnetice au puțin mai puțin. Doar în vid și în câmpuri de magnitudine foarte slabe cŞi m sunt constante și independente de câmpul exterior. Dependența de inducție B din H este de obicei neliniar, iar graficele sale, așa-numitele. curbele de magnetizare pentru diferite materiale și chiar la diferite temperaturi pot diferi semnificativ (exemple de astfel de curbe sunt prezentate în Fig. 2 și 3).
Proprietățile magnetice ale materiei sunt foarte complexe, iar înțelegerea lor profundă necesită o analiză atentă a structurii atomilor, a interacțiunilor lor în molecule, a ciocnirilor lor în gaze și a influenței lor reciproce în solide și lichide; Proprietățile magnetice ale lichidelor sunt încă cele mai puțin studiate.
