Металлы и магнитное поле

Обновлено: 17.05.2024

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 магнитное поле. Магнитные поля 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

Магнитные свойства 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 лантаноидов и актиноидов (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 цветного металла к магниту не притянутся.

Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия.

Экранирование магнитного поля: принципы и материалы. Относительная магнитная проницаемость материалов

Электромагнитные экраны находят широкое применение в промышленности. Они служат для устранения вредного влияния одних элементов электрического устройства на другие, для защиты персонала и оборудования от воздействия внешних полей, которые возникают при работе других устройств. «Гашение» внешнего магнитного поля необходимо при создании лабораторий, предназначенных для наладки и испытаний высокочувствительной техники. Оно также требуется в медицине и тех областях науки, где проводится измерение полей со сверхмалой индукцией; для защиты информации при ее передаче по кабелям.

Методы

Экранирование магнитного поля – это совокупность способов снижения напряженности постоянного или переменного поля в определенной области пространства. Магнитное поле, в отличие от электрического, полностью ослабить нельзя.

В промышленности наибольшее воздействие на окружающую среду оказывают поля рассеяния, возникающие при работе трансформаторов, постоянных магнитов, сильноточных установок и цепей. Они могут полностью нарушать нормальную работу соседних приборов.

Чаще всего используется 2 метода защиты:

Применение экранов, изготовленных из сверхпроводящих или ферромагнитных материалов. Это эффективно при наличии постоянного или низкочастотного магнитного поля.
Компенсационный способ (гашение вихревыми токами). Вихревые токи – это объемные электрические токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Данный способ показывает наилучшие результаты для высокочастотных полей.

Принципы

Принципы экранирования магнитного поля основаны на закономерностях распространения магнитного поля в пространстве. Соответственно для каждой из перечисленных выше методик они заключаются в следующем:

Если поместить катушку индуктивности в кожух, сделанный из ферромагнетика, то линии индукции внешнего магнитного поля пройдут по стенкам защитного экрана, так как он имеет меньшее магнитное сопротивление по сравнению с пространством внутри него. Те силовые линии, которые наводятся самой катушкой, также почти все замкнутся на стенки кожуха. Для наилучшей защиты в этом случае необходимо выбирать ферромагнитные материалы, которые обладают высокой магнитной проницаемостью. На практике чаще всего используют сплавы железа. Для того чтобы повысить надежность экрана, его изготавливают толстостенным или сборным из нескольких кожухов. Недостатками такой конструкции является ее тяжеловесность, громоздкость и ухудшение экранирования при наличии швов и разрезов в стенках кожуха.

Основные характеристики

Для описания процесса экранирования применяются 3 основные характеристики:

Эквивалентная глубина проникновения магнитного поля. Итак, продолжим. Этот показатель используется для экранирующего эффекта вихревых токов. Чем меньше его значение, тем выше ток, протекающий в поверхностных слоях защитного кожуха. Соответственно, тем больше наводимое им магнитное поле, которое вытесняет внешнее. Эквивалентная глубина определяется по формуле, указанной ниже. В этой формуле ρ и μ_r – удельное сопротивление и относительная магнитная проницаемость материала экрана соответственно (единицы измерения первой величины – Ом∙м); f – частота поля, измеряемая в МГц.

Конструкции экранов

Защитные кожухи для экранирования магнитного поля могут быть сделаны в различных конструктивных исполнениях:

листовые и массивные;
в виде полых трубок и кожухов с цилиндрическим или прямоугольным сечением;
однослойные и многослойные, с воздушной прослойкой.

Так как расчет числа слоев довольно сложен, то эту величину чаще всего выбирают по справочникам, по кривым эффективности экранирования, которые были получены экспериментальным путем. Разрезы и швы в коробах допускается выполнять только вдоль линий вихревых токов. В противном случае уменьшается экранирующий эффект.

На практике получить высокий коэффициент экранирования сложно, так как всегда необходимо делать отверстия для кабельного ввода, вентиляции и обслуживания установок. Для катушек бесшовные кожухи изготавливают методом листового выдавливания, а в качестве съемной крышки служит дно цилиндрического экрана.

Кроме этого, при контакте элементов конструкции из-за неровностей поверхности образуются щели. Для того чтобы их ликвидировать, применяют механические прижимы или прокладки из проводящих материалов. Они выпускаются разных размеров и с различными свойствами.

Вихревые токи – это токи которые значительно меньше циркулирующих, но они способны препятствовать проникновению магнитного поля через экран. При наличии большого числа отверстий в кожухе снижение коэффициента экранирования происходит по логарифмической зависимости. Его наименьшее значение наблюдается при технологических отверстиях большого размера. Поэтому рекомендуется проектировать несколько мелких отверстий, чем одно крупное. Если необходимо применять стандартизованные отверстия (для ввода кабелей и других нужд), то используют запредельные волноводы.

В магнитостатическом поле, создаваемом постоянными электрическими токами, работа экрана заключается в шунтировании силовых линий поля. Защитный элемент устанавливается на максимально близком расстоянии к источнику. Заземление при этом не требуется. Эффективность экранирования зависит от магнитной проницаемости и толщины материала экрана. В качестве последних применяют стали, пермаллой и магнитные сплавы с высокой магнитной проницаемостью.

Экранирование кабельных трасс в основном выполняют двумя методами – использованием кабелей с экранированной или защищенной витой парой и укладкой кабелепроводов в алюминиевых коробах (или вставках).

Сверхпроводящие экраны

Работа сверхпроводящих магнитных экранов основана на эффекте Мейснера. Это явление заключается в том, что тело, находящееся в магнитном поле, переходит в сверхпроводящее состояние. При этом магнитная проницаемость кожуха становится равной нулю, то есть он не пропускает магнитное поле. Оно полностью компенсируется в объеме данного тела.

Достоинством таких элементов является то, что они гораздо эффективнее, защита от внешнего магнитного поля не зависит от частоты, а компенсационный эффект может длиться сколь угодно долго. Однако на практике эффект Мейснера не бывает полным, поскольку в реальных экранах, выполненных из сверхпроводящих материалов, всегда присутствуют структурные неоднородности, которые приводят к захвату магнитного потока. Данный эффект является серьезной проблемой для создания кожухов с целью экранирования магнитного поля. Коэффициент ослабления магнитного поля тем больше, чем выше химическая чистота материала. В экспериментах наилучшие показатели отмечены у свинца.

Другими недостатками сверхпроводниковых материалов для экранирования магнитного поля являются:

высокая стоимость;
присутствие остаточного магнитного поля;
возникновение состояния сверхпроводимости только при низких температурах;
неспособность выполнять свои функции в магнитных полях с высокой напряженностью.

Материалы

Чаще всего для защиты от магнитного поля применяют экраны из углеродистой стали, так как они обладают высокой технологичностью в отношении сварки, пайки, недороги и характеризуются хорошей коррозионной стойкостью. Кроме них, используются такие материалы, как:

техническая алюминиевая фольга;
магнитомягкий сплав из железа, алюминия и кремния (альсифер);
медь;
стекла с токопроводящим покрытием;
цинк;
трансформаторная сталь;
токопроводящие эмали и лаки;
латунь;
металлизированные ткани.

Конструктивно они могут изготавливаются в виде листов, сеток и фольги. Листовые материалы обеспечивают лучшую защиту, а сетчатые более удобны в сборке – их можно соединять между собой точечной сваркой с шагом 10-15 мм. Для обеспечения антикоррозионной стойкости сетки покрывают лаками.

Фольгированные ленты

Фольгированные экранирующие ленты применяются в следующих целях:

Экранирование широкополосных электромагнитных помех. Чаще всего их используют для дверей и стенок электрических шкафов с приборами, а также для формирования экрана вокруг отдельных элементов (соленоиды, реле) и кабелей.
Отвод статического заряда, который накапливается на приборах, содержащих полупроводники и электронно-лучевые трубки, а также в устройствах, служащих для ввода-вывода информации из компьютера.
В качестве компонента цепей заземления.
Для уменьшения электростатического взаимодействия между обмотками трансформаторов.

Конструктивно они выполняются на основе проводящего адгезивного материала (акриловая смола) и фольги (с рифленой или гладкой поверхностью), сделанной из следующих видов металла:

алюминий;
медь;
луженая медь (для пайки и лучшей антикоррозионной защиты).

Полимерные материалы

В тех устройствах, где наряду с экранированием магнитного поля требуется защита от механических повреждений и амортизация, применяются полимерные материалы. Они изготавливаются в виде прокладок из полиуретановой пены, покрытой полиэфирной пленкой, на основе акрилового адгезива.

При производстве жидкокристаллических мониторов используются акриловые уплотнители из токопроводящей ткани. В слое акрилового адгезива находится трехмерная электропроводная матрица, выполненная из токопроводящих частиц. Благодаря своей упругости такой материал также эффективно поглощает механические воздействия.

Компенсационный метод

Принцип компенсационного метода экранирования заключается в искусственном создании магнитного поля, которое направлено противоположно внешнему полю. Обычно это достигается с помощью системы катушек Гельмгольца. Она представляет собой 2 одинаковые тонкие катушки, располагающиеся соосно на расстоянии их радиуса. По ним пропускают электрический ток. Наведенное катушками магнитное поле отличается высокой однородностью.

Экранирование может также производиться с помощью плазмы. Этот явление учитывается при распределении магнитного поля в космосе.

Экранирование кабелей

Защита от магнитного поля необходима при прокладке кабелей. Электрические токи, наводящиеся в них, могут быть вызваны включением бытовой техники в помещении (кондиционеры, люминесцентные светильники, телефоны), а также лифтов в шахтах. Особенно большое влияние эти факторы оказывают на цифровые системы связи, работающие по протоколам с широкой полосой частот. Это связано с малой разницей между мощностью полезного сигнала и помехами в верхней зоне спектра. Кроме этого, электромагнитная энергия, которую излучают кабельные системы, неблагоприятно воздействует на здоровье персонала, работающего в помещении.

Между парами проводов возникают перекрестные наводки, обусловленные присутствием емкостной и индуктивной связи между ними. Электромагнитная энергия кабелей также отражается из-за неоднородностей их волнового сопротивления и ослабляется в виде тепловых потерь. В результате затухания мощность сигнала в конце протяженных линий падает в сотни раз.

В настоящее время в электротехнической промышленности практикуется 3 метода экранирования кабельных трасс:

Применение цельнометаллических коробов (из стали или алюминия) или установка металлических вставок в пластиковые. При росте частоты поля экранирующая способность алюминия снижается. Недостатком также является дороговизна коробов. Для длинных кабельных трасс существует проблема обеспечения электрического контакта отдельных элементов и их заземления для обеспечения нулевого потенциала короба.
Использование экранированных кабелей. Этот метод обеспечивает максимальную защиту, так как оболочка окружает непосредственно сам кабель.
Вакуумное напыление металла на ПВХ-канал. Такой способ малоэффективен на частотах до 200 МГц. «Гашение» магнитного поля меньше в десятки раз по сравнению с укладкой кабеля в металлические короба из-за высокого удельного сопротивления.

Виды кабелей

Различают 2 вида экранированных кабелей:

С общим экраном. Он располагается вокруг незащищенных скрученных проводников. Недостатком таких кабелей является то, что возникают большие межкабельные наводки (в 5-10 раз больше, чем у экранированных пар), особенно между парами с одинаковым шагом скрутки.
Кабеля с экранированными витыми парами. Производится индивидуальное экранирование всех пар. Из-за более высокой стоимости они чаще всего применяются в сетях с жесткими требованиями по безопасности и в помещениях со сложной электромагнитной обстановкой. Использование таких кабелей при параллельной прокладке дает возможность уменьшить расстояние между ними. Это позволяет уменьшить затраты по сравнению с раздельным маршрутизированием.

Витая пара экранированного кабеля представляет собой изолированные пары проводников (их количество обычно составляет от 2 до 8). При такой конструкции уменьшаются перекрестные наводки между проводниками. У неэкранированных пар нет требований к заземлению, они обладают большей гибкостью, меньшими поперечными размерами, легкостью монтажа. Экранированная пара обеспечивает защиту от электромагнитных помех и высокое качество передачи данных по сетям.

В информационных системах также используется двухслойное экранирование, которое состоит из защиты витых пар в виде металлизированной пластиковой ленты или фольги, и общей металлической оплетки. Для эффективной защиты от магнитного поля такие кабельные системы должны иметь надежное заземление.

Вещества в магнитном поле. Взаимодействие магнитного поля с веществом

Сколько необъяснимых явлений и неразгаданных тайн скрывает наша планета! Но наблюдательные обитатели Земли из века в век изучают закономерности, ставят опыты, изобретают, делают выводы и пользуются своими изобретениями. Тайны космоса и природы постоянно манят людей, толкая их на все новые эксперименты в поисках истины и разгадок. Одной из таких загадок является поведение вещества в магнитном поле.

Первые магнитные наблюдения

По существующей легенде, древний пастух по имени Магнус однажды обнаружил, что его посох пристал металлической стороной к камню. Ему (камню) и посвящено это открытие. Согласно еще одной теории, слово «магнит» с греческого языка переводится как «камень из магнесии», по имени города Магнесии, где были обнаружены месторождения магнита. Еще за несколько веков до нашей эры китайцы подметили, что некоторые камни, скрепленные таким образом, чтобы они могли свободно вращаться, неизменно поворачиваются в определенном направлении.

Как появился компас

Самые первые компасы представляли собой ложечки из магнетита с коротким стержнем, который можно было вращать по кругу. Через некоторое время после того, как ложечку поворачивали, она останавливалась, причем ее стержень всегда указывал на север. Но эти силы настолько небольшие, что они могут вращать только свободно закрепленные стрелки компаса.

Позже моряки вставляли магнитные иголки в соломинки и ставили в миску с водой. Соломинка всегда указывала направление север - юг. Причина этого, тогда еще неизученного явления, - некое поле вокруг Земли, обладающее способностью влиять на вещества, находящиеся в нем и определяющие их направленность.

Магнитная сфера вокруг Земли

Наша Земля опоясана сферой, в которой работают магнитные силы, ее название - магнитное поле. Хотя версия о возникновении его не подтверждена, но геофизики в основном согласны с утверждением, что магнитное поле существует благодаря железному составу ядра нашей планеты. Вращение Земли способствует формированию в расплавленном металлическом ядре непрерывных потоков электрических зарядов, которые ведут к возникновению вокруг них магнитного поля.Земля, таким образом, выступает громадным магнитом, на который и реагируют стрелки компасов.

Свойства и природа магнитов

Магниты, подобные тем, которыми любят украшать холодильники или удерживать записки на кухне, обладают довольно интересными свойствами. Поведение веществ в магнитных полях зависит от материалов, из которых состоят эти вещества. Всем известно, что магниты прилипают к железным или стальным предметам. А почему так происходит? В каждом магните имеется два полюса. Если провести эксперимент и держать пару магнитов близко друг напротив друга, то окажется, что северный полюс одного притягивает противоположный - южный - полюс другого. Однако если развернуть магниты одинаковыми полюсами, они всегда будут отталкивать друг друга. Электроны, которые совершают обороты вокруг ядра атома, имеют отрицательный электрический заряд. Поток заряженных частиц порождает магнитное поле, которое выгибается большой петлей вокруг них.

Например, когда горит лампочка, электрический ток движется по ее проводку, а электроны переходят из одного атома на другой, и вокруг проводка возникает слабое магнитное поле. Подобным образом возникает сильное магнитное поле, идущее от проводов высокого напряжения. Электричество и магнетизм выступают как две составляющих электромагнетизма. Каждый электрон, вертящийся вокруг собственной оси, как планета, которая оборачивается, на своей орбите строит маленькую петлю электрического тока и создает свое магнитное поле в веществе. Вещества в магнитном поле ведут себя по-разному.

Как происходит взаимодействие магнитного поля с веществом

Например, при действии магнитного поля на пластик происходит следующее: миниатюрные магнитные поля каждого из атомов нейтрализуют друг друга, потому что их полюса направлены в разные стороны. Но вот в железе атомы размещены таким образом, что материал способен намагничиваться. Атомы в них собраны в группы и называются магнитными доменами. Каждый такой крошечный домен состоит из миллиардов частиц со всеми их магнитными полями, которые направлены в одну сторону, и он сам становится крошечным магнитом. В железном куске сами домены направлены в разные стороны, поэтому они нейтрализуют друг друга, и самостоятельно железо не проявляет магнитных свойств. Для создания магнита все домены должны быть расположены в одном направлении, тогда кусок железа намагнитился бы и притягивал к себе все металлические предметы, находящиеся поблизости. Как заставить железо расположить домены в одном порядке? Достаточно просто: для этого следует поместить железный кусок в магнитное поле. Выстраиваясь друг за дружкой, домены разворачиваются в направлении поля. При этом они начнут притягивать атомы от других доменов, увеличиваясь в размерах.

Вскоре множество таких элементов создадут линию, и железный кусок сам станет магнитом и будет притягивать к себе каждую булавку, гвоздь или другие металлические предметы, находящиеся поблизости. Так появляется намагниченность: магнитное поле в веществе значительно увеличивается. Но, как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Не исключение и рассматриваемое нами явление. Как убедиться в сказанном?

Магнитное поле и намагниченность веществ можно рассмотреть на примере в домашних условиях. Достаточно провести простой опыт. Взять маленький железный гвоздь и положить его на магнит с холодильника. Его домены быстро выстроятся, и на некоторое время гвоздь сам превратится в магнит, с помощью которого легко можно будет поднять булавку.

Определение магнитного поля

Для исследования магнитного поля в веществе изучают два вида токов – макротоки и микротоки. Макротоками являются те, что созданы движением заряженных макроскопических тел. Микротоками именуют токи, созданные движущимися электронами в атомах, молекулах и ионах. Магнитное поле в веществе создают два поля: внешнее, созданное макротоками, и внутреннее - образованное микротоками.

Самое магнитное вещество

Интересным фактом является то, что в природе существует настоящий магнит – минерал магнитный железняк. Но основная часть тел, обладающих собственным магнитным полем, все же создана человеком искусственно. Сильнейшими из них являются те, что представляют собой сплав неодима, железа и бора. А какое вещество является самым магнитным на сегодняшний день? Ученые смогли дать ответ на этот вопрос. Группа физиков из штата Миннесота создала новый материал, состоящий из 16 атомов железа и 2 атомов азота, который характеризуется магнитной проницаемостью на 18 % выше, чем у самого сильного - неодимового - магнита.

Какие существуют магнетики

Магнитное поле в веществе, кратко говоря, зависит от магнетиков. Помещение любого из них в магнитное поле формирует свое магнитное поле в веществе. Виды магнетиков различают следующие: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Самые мощные поля создают ферромагнетики, ведь они имеют высокие магнитные свойства. К таким веществам относятся железо, никель, кобальт, редкоземельные металлы и их сплавы, а также сплавы хрома и марганца. Из них делают постоянные магниты, ведь поле ферромагнетика не пропадает после прекращения действия магнитного поля.

Парамагнетики обладают магнитной проницаемостью, которая чуть выше единицы при комнатной температуре. Такие вещества в магнитном поле плохо намагничиваются, но по мере снижения температуры магнитные свойства их увеличиваются. К парамагнетикам относятся, например, кислород, платина, алюминий, редкоземельные металлы.

Диамагнетики – еще один вид веществ, магнитная проницаемость которых чуть меньше единицы, их магнитные свойства еще слабее. К таковым причисляют многие металлы, такие как висмут, серебро, золото, медь, а также воду и органические соединения. Интересный факт, что при нагревании до определенной температуры (точка Кюри) ферромагнитные свойства исчезают, и металлы размагничиваются и становятся парамагнитными.

Использование магнитного поля

Люди научились использовать себе во благо упомянутые свойства вещества в магнитном поле: ферромагнетики незаменимы при производстве электро- и вычислительной техники. Их можно обнаружить в трансформаторах, электродвигателях и различных измерительных приборах, они позволяют в несколько раз увеличить магнитное поле, не меняя силы тока в катушке.

Задействование таких материалов позволяет значительно уменьшить потребление электроэнергии. Их применяют для магнитной звукозаписи и дефектоскопии, обогащения руд. В наше время медицина использует магниты для диагностики и лечения различных заболеваний. В основном работа диагностического оборудования базируется на действии постоянных магнитов. Например, глазной тонометр-индикатор необходим для выявления глаукомы на начальной стадии. Используются в хирургии и микрохирургии магнитные устройства для удаления из организма человека металлических осколков. Принцип действия их также основан на свойствах магнитов без подключения сети. Широкое лечебное действие оказывают различные магнитные повязки и аппликаторы. Они снимают болевой синдром и останавливают процесс воспаления, а также лечат многие болезни методом влияния магнитного поля на активные зоны человеческого организма. Известно, что еще царица Клеопатра использовала магнитные украшения, чтобы улучшить кровоток и отсрочить старение.

Значение магнитного поля для планеты

Магнитное поле играет огромную роль в жизни планеты. В первую очередь оно служит защитой для обитателей Земли и спутников от небезопасного влияния космических тел. Под влиянием магнитного поля меняется их траектория. Исследователи допускают, что некоторые планеты не имеют металлического ядра, а значит, и магнитного поля, что значительно уменьшает численность возможно обитаемых планет. Земляне тоже рискуют остаться без защиты поля. Но сообщить, когда это случится, геофизики не берутся. Исследования выявили, что за 160 миллионов лет магнитные полюса - север и юг - менялись между собой около сотни раз. Последнее такое явление имело место 720 тысяч лет назад, и Земля подвергалась атаке космических частиц. Одна из теорий, поясняющих вымирание динозавров, гласит, что эти великаны исчезли как раз по этой причине.

Магнитное поле становится тоньше

Геофизики, проанализировав свойства магнитного поля, открыли, что в нем возникают небезопасные сдвиги, которые не фиксировались раньше. На юге Атлантического океана слой магнитного поля постепенно истончается. За последние 150 лет поле здесь стало слабее на десять процентов. Ученые утверждают, что смена полюсов будет происходить достаточно быстро, в пределах 100 лет от начала инверсии. Какое поколение будет наблюдать это явление и как оно отразится на обитателях Земли, пока неизвестно, но есть утверждение, что такая смена полюсов пагубно скажется на электротехнике.

Магнитные бури и их влияние на людей

Иногда в магнитном поле Земли происходят возмущения – это магнитные бури, напрямую зависящие от Солнца. В период повышения солнечной активности наблюдается огромный выброс энергии, что способствует образованию солнечных вспышек. При этом гигантский поток заряженных частиц устремляется к Земле с высокой скоростью – 500–1000 километров в секунду, создавая сильное магнитное поле. Этот поток достигает планеты всего за несколько дней. Сталкиваются два мощных магнитных поля, и в итоге нарушается магнитное поле Земли. Человек привык к нормальному магнитному полю, и при магнитных бурях его самочувствие меняется.

Люди обладают различной магниточувствительностью, влияние на человека магнитной бури напрямую зависит от его состояния здоровья. Ухудшается самочувствие, снижается жизненный тонус, падает трудоспособность, возникает слабость, болит голова, нарушается сон, ухудшается работа нервной системы (увеличивается число ошибок, возрастает количество аварий и катастроф). В связи с возникновением поверхностного электричества на приборах в такие дни возможно нарушение их работы.

Реакция животных на магнитное поле

Доказано, что птицы очень хорошо ощущают магнитное поле Земли и даже видят его. Ученые считают, что пернатые - уникальные существа в этом роде: магнитная сила помогает им в поиске собственного жилища при перелетах на колоссальные дистанции.

Магнитное поле в качестве навигатора используют морские черепахи. Животные с высокой магниточувствительностью, например кошки, заранее реагируют на изменения напряжения магнитного поля. Непривычное поведение животных наблюдается перед ураганами и землетрясениями. Для определения приближения цунами или землетрясения в Японии в больших аквариумах содержат угрей, которые перед катаклизмами поднимаются к поверхности и беспокоятся, чувствуя сильные возмущения магнитного поля.

Вместо послесловия

Влияние магнитного поля на обитателей нашей планеты пока не изучено полностью, ученые всего мира лишь приоткрыли занавес тайны планеты Земля и пытаются найти ответы на особо важные вопросы. Но прогресс не стоит на месте, и наука развивается стремительно в наши дни, так что кто знает, возможно, уже следующее поколение будет знать ответ на большинство вопросов, над которыми бились лучшие умы человечества.

Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом?

Интересно

Возможность магнита притягивать к себе различные металлические предметы наверняка хорошо знакома каждому. Присутствие их в повседневной жизни остается практически незамеченным, например, в виде различных изображений на дверцах холодильника. Не говоря уже о применении магнитов в медицине и других отраслях. Как устроен магнит и какие вещества он притягивает, помимо железа?

Что такое магнит и как он устроен?

Магнит – это тело, которое обладает собственным магнитным полем. Магниты бывают нескольких видов:

Постоянные – изделия, которые после однократного намагничивания сохраняют данное свойство. Магниты разделяются на несколько подвидов в зависимости от силы и других параметров.
Временные – функционируют по принципу постоянных, но лишь тогда, когда располагаются в сильном магнитном поле. Например, изделия из так называемого мягкого железа (гвозди, скрепки и т.п.).
Электромагниты представляют собой провода, плотно намотанные на каркас. Как правило, такое устройство оснащено железным сердечником. Работает оно лишь при условии прохождения по проводу электрического тока.

Постоянный магнит – наиболее привычный и распространенный. Для его изготовления чаще всего используют следующие сочетания материалов:

неодим-железо-бор;
альнико или сплав ЮНДК (железо, алюминий, никель, кобальт);
самарий-кобальт;
ферриты (соединения оксидов железа и других металлов-ферримагнетиков).

Любой магнит имеет южный и северный полюс. Одинаковые полюса отталкиваются, а противоположные – притягиваются.

Интересный факт: магниты зачастую изготавливаются в виде подковы. Это делается для того, чтобы полюса располагались максимально близко друг к другу. Таким образом, создается сильное магнитное поле, которое способно притягивать более крупные части металла.

Почему магнит притягивает лишь определенные вещества?

Принцип его работы построен на создании магнитного поля при помощи движущихся электронов. В целом электрон является простейшим магнитом. А любая заряженная частица, находящаяся в движении, образует магнитное поле. Если движущихся частиц много, а их перемещение происходит вокруг одной оси, получается тело с магнитными свойствами.

Почему в таком случае магнит не притягивает все вещества подряд? В состав атома входит ядро, а также электроны, вращающиеся вокруг него. У электронов есть специальные уровни, по которым они вращаются, или орбиты. На каждом таком уровне расположено по 2 электрона. Причем вращаются они в разных направлениях.

Однако есть вещества под названием ферромагнетики. Некоторые электроны у них непарные. Соответственно, определенное их количество может вращаться в одном и том же направлении. Так создается магнитное поле вокруг каждого атома вещества.

Направление магнитного поля

К ферромагнетикам относятся такие металлы, как железо, кобальт, никель, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий. Также аналогичными свойствами характеризуются некоторые металлические сплавы и соединения. Количество ферромагнетиков неметаллического происхождения не так велико или пока мало изучено. К ним относится, например, оксид хрома.

Магнитной восприимчивостью характеризуются вещества (преимущественно металлы), которые обладают определенной структурой. Их называют ферромагнетиками – это вещества, у которых магнитные поля атомов складываются в одном направлении. Помимо железа, к ферромагнетикам относятся кобальт, никель, тербий, гадолиний, диспрозий, гольмий, эрбий. Также магнит притягивает некоторые сплавы и даже неметаллические вещества – например, оксид хрома.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Магнитное поле и металлы Однородное магнитное поле тока Сила индукция магнитного поля ⁠ ⁠

ВНИМАНИЕ! В связи с новой волной пандемии и шумом вокруг вакцинации агрессивные антивакцинаторы банятся без предупреждения, а их особенно мракобесные комментарии — скрываются.

Основные условия публикации

- Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.

- Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.

- Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.

- Видеоматериалы должны иметь описание.

- Названия должны отражать суть исследования.

- Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.

Не принимаются к публикации

- Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.

- Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.

- Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.

Наказывается баном

- Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.

- Попытки использовать сообщество для рекламы.

- Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.

- Нарушение правил сайта в целом.

Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество пикабу.

По правилам сообщества Наука | Научпоп видео должны иметь небольшое текстовое описание того, о чём оно повествует. Это сделано для удобства читателей. Пожалуйста, отредактируйте пост и добавьте описание.

Что-то спать захотелось

Автор, вам бы описание товаров на Али писать.

Эффект тот-же самый:)

Блин, чувак, чего с речью у тебя, слушать тяжело.

Сначала вы говорите, что медь отталкивается от магнитного поля, а потом показываете это ни как не объясняя:

Он там дрочит чтоли? Слушать невозможно.

"Вихревые токи, или токи Фуко́ — объёмный электрический ток, возникающий в электрических проводниках" - википедия.
Умники и умницы, досмотрите ролик до конца где показана та же реакция с камнями. А камни это не металлы, то есть не проводники. А реакция ТА ЖЕ. То есть если вы и слышали где то за токи Фуко. То не стоит так явно блистать "глубиной" ваших знаний.

Первый раз имея дело с неодимовыми магнитами размером с шайбу получил два синих пальца. Подумать не мог, что они блин как пылесосы притягиваются уже с полуметра :))

Видео не полностью соответствует заголовку, вернее совсем не соответствует. Без описания совсем не дается представления об индуктивности, магнитной индукции.

Магнит, ну надо же. Срочно в УФН.

Всем спасибо за просмотр, всем всего хорошего и до свидания!

В роли диктора и ведущего нашей шоу-программы был Игорь Маменко - артист эстрады, пародист, юморист.

Откуда берутся атомы?⁠ ⁠

Материя в том виде, как она есть и известна нам, состоит из мельчайших частиц, называемых атомами. Комбинации атомов порождают целостные материалы, а атомы разных элементов отличаются друг от друга по ряду параметров.

Сами атомы тоже состоят из субатомных частиц, о которых я уже многократно рассказывал на канале. Но наиболее частый вопрос тут - это не как устроен атом, а откуда вообще атомы берутся?

Мы оказываемся тут где-то на границе мироздания. Нужно или принять, что всё существовало вечно, или допустить что не из чего вдруг родились первые колебания некоторой субстанции (будь то эфир или квантовое поле сейчас неважно), или же просто проанализировать технический характер появления материальных частиц. Давайте рассмотрим появления атома, исходя из имеющихся научных представлений.

Кстати, следующий вопрос, который тут напрашивается - появляются ли новые атомы или вся материя была создана один раз и теперь постоянно превращается из одного варианта в другой, а её количество определяется законом сохранения? Это интересный вопрос, но как говаривал один усатый дядька - "это уже совсем другая история".

Про природ материи как таковой советую посмотреть мой ролик на тубе. Отчасти там есть ответ на рассматриваемый вопрос.

Появление атомов в научных фильмах

В фильмах от Discovery обычно повествование строится следующим образом:

В первые три минуты существования Вселенной образовались ядра атома водорода - это простейший и легчайший атом. Следом за ним образовались ядра атома гелия. Остальные атомы образовались путём их соединения при повышенной температуре.

Вселенная после появления достигла температур, при которых стали происходить процессы захвата отрицательно заряженных электронов массивными протонами. Это формировало тот атом, который мы привыкли видеть.

После появления простых элементов, традиционного водорода и гелия, появляются более крупные элементы. Они образуются преимущественно в результате столкновения более мелких элементов, что известно как ядерный синтез. Столкновение с нужным количеством энергии рождает новые частички.

Некоторые типы атомов образуются в результате разложения очень больших нестабильных атомов. Этот процесс распада на части известен как ядерное деление.

Вроде бы и можно считать это некоторым ответом, но информации слишком мало. Например, откуда взялись сами протоны, нейтроны и даже электроны?

Откуда взяли запчасти?

Ещё Ломоносов исходил из того, что, говоря современным языком, в силу научного незнания мы должны принять вечное существование субатомных частичек. Но физики всё же высказывают разные варианты механизма появления субатомных частичек.

Многие считают, что во главе угла стоял электрон, который стал базой для формирования более сложных частиц. Тут уместно отметить, что по существующим сейчас представлениям сам электрон является не материей в прямом смысле этого слова и не может быть представлен, как мячик, а является флуктуацией волновой функции.

Иными словами - электрон есть энергия. Что приводит к банальному выводу - любая материя состоящая из атомов является энергией в определенной её форме и сам атом появился как результат взаимодействия энергии с пространством. Про это подробно рассказывается в моей заметке про отличие модели атома Шрёдингера.

Как сами электроны могли стать базой для появления атома?

По модели формирования протонов и нейтронов из электронов по мере увеличения их концентрации под действий внешних воздействий увеличивается энергия электронов, что и приводит к формированию субатомных частиц и потом уже самих атомов.

Этот процесс по-научному принято именовать конденсацией материи. Говоря просто - существовала плазма из которой конденсировались первые частички под действием огромного давления и высокой температуры. После формирования субатомных частичек закрутился карусель и пошёл бесконечный процесс превращения одного в другое. Частичек было огромное изобилие. Среди них и такие специфические, как например, нейтрино.

Когда некоторое количество материи образовалось и механизм был уже запущен, естественные процессы типа диффузии, привели нас к той материи и тому разнообразию атомов, которые мы получили сегодня. Правда тут ещё стоило бы обсудить сразу и темную материю.

Ну а всех, кто дочитал статью, приглашаю подписаться на мой канал в телеге :)

Откуда берётся отражение?⁠ ⁠

Из лекции А.Чирцова:

Откуда берётся изображение девушки в зеркале когда она смотрится в зеркало? Это сложный вопрос. Нет, ну конечно лучи света отражаются, но мы же знаем, что никаких лучей света нет, это выдумка. А есть электромагнитные волны. Мы конечно будем рассматривать не пакет волн которые бегут от девушки во все стороны, а всего лишь одну плоскую монохроматическую волну.

И вот это зеркало. Представим себе, что бежит плоская монохроматическая волна. Я её нарисую по школьному в виде косинусоиды. Вот она дошла до зеркала. И что дальше? За зеркалом есть свет? Нет. Поэтому вроде бы волна должна на зеркале оборваться. Чушь. На зеркале волна оборваться не может. Потому что зеркало состоит из атомов, а атом состоит из ядра. А если мы увеличим ядро до такого размера (показывает примерно 2 см), то электрон надо будет нарисовать где-то в районе Невского проспекта. А между ними пусто. Поэтому зеркало это практически вакуум. И поэтому волна от девушки пройдёт сквозь зеркало как через вакуум. Это и есть вакуум.

Всё дело в том, что в зеркале есть слой металла, в котором могут бегать свободные электроны.И вот тогда под действием этого меняющегося поля электроны в каждой точке зеркала начинают бегать взад вперёд. И каждый электрон излучает вот это ломающееся поле которое мы рисовали и излучает электромагнитные волны вот так - в разные стороны. И все эти волны, которые излучают электроны сюда, складываются в волну, которая идёт точно в противофазе от падающей волны. И в результате по ту сторону зеркала мы наблюдаем темноту. Не из-за того что свет туда не прошёл, а из-за того что электроны сгенерировали ещё одну волну, которая полностью погасила исходную. За зеркалом распространяется больше света, чем падает на него. Только эти два излучения друг друга гасят. Из симметрии понятно, что электроны излучают не только сюда. И в обратную сторону. И бежит ещё одна волна симметричная этой, но в другую сторону. И вот теперь смотрите, здесь исходная и гасящая волны бегут в одну сторону и в сумме дают ноль. А здесь падающая бежит сюда. а эта бежит в другую сторону и нуля не получается. Так формируется отражённая волна.

Поэтому дорогие девушки, когда вы смотритесь в зеркало, знайте, что там находитесь вовсе не вы. Вы видите вторичные электромагнитные поля, которые генерируются электронами, которые раскачены отражённым от вас светом. Вы нужны только для того чтобы раскачать электроны.

Если убрать вас от зеркала за время меньшее чем 10 в минус десятой степени секунды, электроны ещё некоторое время будут качаться и ваше изображение будет жить в зеркале. А если вас убрать, а электроны как-нибудь заставить качаться как они качались при вас, то ваше изображение заморозится в зеркале. Такие технологии существуют. Это называется голография.

Кстати, свет не проходит сквозь кирпичную стенку только потому что электроны стенки раскачиваются и генерируют гасящую волну. Но в течение примерно 10 в минус 10 степени секунды электроны стенки не успевают раскачаться и поначалу свет проходит сквозь стенку. Другое дело, что лампочка разгорается медленно, она разгорается одну десятую секунды. Пока она разгорается стенки теряют прозрачность. Современные лазерные импульсы имеют фронт порядка 10 в минус 16 степени секунды, что примерно на 3-4 порядка меньше, чем время раскачивания атомов и поэтому короткие и сверхкороткие импульсы проходят сквозь стенку. Это хорошая идея лазерной томографии.

Читайте также: