0 0 0
Личный кабинет Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание ОГЭ
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга

Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов

Содержание

    Магнитное поле возникает при наличии движущихся зарядов. Например, при наличии проводника с током. Но все мы видели магниты и в повседневной жизни, хоть в виде тех же значков на холодильнике.

    Рядом с такими магнитами ведь никакого проводника с током. Тогда почему они все же обладают магнитными свойствами? Притягивают к себе другие металлические предметы или сами притягиваются к ним? На данном уроке вы узнаете много нового и интересного про магниты, природу их магнитного поля и его свойства.

    Постоянный магнит

    Начнем с определения. Какие тела называют постоянными магнитами?

    Постоянный магнит (или просто магнит) — это тело, длительное время сохраняющее намагниченность.

    Что это означает? Если мы вставим в катушку с током обычный железный стержень, он начнет притягивать к себе другие железные предметы. В этот момент он намагничен и обладает магнитными свойствами. Выключим ток — и намагниченность сразу исчезнет.

    Но если мы вставим в катушку с током стержень из закаленной стали, после выключения тока он не размагнитится. Он будет сохранять намагниченность (рисунок 1). Такое устройство мы можем называть магнитом.

    Рисунок 1. Сохранение намагниченности разными материалами

    Получается, что создавать магнитное поле могут всего две вещи:

    • проводник с током;
    • постоянный магнит.

    Объяснение явления намагниченности

    Одно из первых объяснений этого явления принадлежало Андре-Мари Амперу.

    Как Ампер объяснял намагниченность железа?
    Французский ученый говорил о существовании электрических токов. Эти токи по его предположению циркулировали внутри каждой молекулы вещества.

    Странное объяснение, не так ли? Дело в том, что в те времена еще не было достаточно знаний о строении вещества. Про атомы еще никто не слышал и не говорил. Так что такое мнение не имело доказательств, ведь природу молекулярных токов никто не мог объяснить.

    С тех времен физика шагнула далеко вперед. Как можно теперь объяснить молекулярные токи Ампера?

    Давайте вспомним строение атома. Вокруг ядра вращаются электроны. Каждый электрон имеет заряд и находится в движении. Значит, вокруг него существует магнитное поле. Но большинство веществ устроено таким образом, что эти крошечные магниты нейтрализуют друг друга.

    В строении веществ, из которых делают магниты, такой нейтрализации не происходит (рисунок 2). Электроны таких атомов вращаются в одном и том же направлении. Поэтому их магнитные поля складываются, и вокруг такого вещества образуется единое магнитное поле.

    Рисунок 2. Электроны, создающие магнитное поле постоянного магнита

    Искусственные магниты

    Постоянные магниты, сделанные человеком, имеют две основные разновидности. Они могут быть дугообразными (рисунок 3, а) и полосовыми (рисунок 3, б).

    Рисунок 3. Искусственные магниты

    Полюса магнита

    Каждый магнит, как и магнитная стрелка, обладает двумя полюсами: северным ($N$) и южным ($S$).

    Что называется магнитными полюсами магнита (рисунок 4)?

    Полюса магнита — это те места магнита, где обнаруживается наиболее сильные магнитные действия.

    Рисунок 4. Полюса полосового магнита

    Мы можем это проверить с помощью простого опыта. Возьмем полосовой магнит и динамометр. К динамометру прикрепим железный шарик.

    Касаемся шариком магнита в разных его точках, а потом аккуратно его отрываем. При этом следим за показаниями динамометра в момент отрыва. Так мы можем судить о силе притяжения шарика к разным точкам магнита. Опыт покажет, что самое сильное притяжение будет как раз в местах, которые мы называем полюсами (рисунок 5).

    Рисунок 5. Определение максимального притяжение на полюсах магнита

    Этот же опыт покажет нам что в середине магнита шарик практически не испытывает притяжение.

    Нейтральная зона магнита — место магнита, где практически не проявляется притяжения.

    Что лучше всего притягивается к магнитам?
    Это чугун, сталь, железо и некоторые сплавы. Также притягивается никель и кобальт, но значительно слабее.

    Естественные магниты

    Также в природе встречаются и естественные магниты. Например, железная руда. Из-за ее свойств ее называют магнитным железняком. Богатые залежи этого минерала зафиксированы на Урале, в Карелии, Курской области и других местах.

    Если рядом с железом, сталью, никелем и кобальтом оказывается магнитный железняк, то эти металлы приобретают магнитные свойства. Именно поэтому магнитный железняк и открыл людям возможность наблюдать эти свойства.

    Магнитные свойства

    Взаимодействие магнитных стрелок

    Возьмем две магнитные стрелки. Установим из рядом друг с другом (рисунок 6).

    Что произойдет? Они установятся в определенных положениях: противоположными полюсами друг к другу.

    Рисунок 6. Взаимодействие магнитных стрелок

    Взаимодействие магнитной стрелки и магнита

    Теперь возьмем магнит и поднесем его к магнитной стрелке (рисунок 7). Что мы увидим?

    Северный полюс магнитной стрелки оттолкнулся от северного полюса магнита. Он притягивается к его южному полюсу.

    Рисунок 7. Взаимодействие магнита и магнитной стрелки

    В это же время южный полюс магнитной стрелки отталкивается от южного полюса магнита и притягивается к северному.

    Взаимодействие полюсов магнитов между собой

    Так как взаимодействуют между собой полюсы магнитов? Вышеописанные и другие опыты подводят нас к выводам (рисунок 8).

    Разноименные магнитные полюсы притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

    Рисунок 8. Притяжение и отталкивание полюсов магнитов

    Это легко запомнить. Аналогия проходит с электрическими зарядами: одноименные отталкиваются, а разноименные притягиваются.

    При этом сила взаимодействия будет прямо пропорциональна расстоянию между полюсами взаимодействующих магнитов.

    Это применимо и к магнитным стрелкам, и к постоянным магнитам, и к  электромагнитам.

    Но чем объясняется это явление? Все дело в существовании магнитного поля вокруг любого магнита. Магнитные поля взаимодействующих магнитов обоюдно действуют друг на друга.

    Разница магнитных и электрических взаимодействий

    Хоть мы и провели аналогию с электрическими зарядами, это не позволяет применять нам все законы электричества к магнетизму.

    Например, есть одно очень большое отличие. Мы можем разделять электрические заряды. Это происходит при электризации в источниках тока. А вот полюсы магнита неразделимы. Если мы разрежем магнит на части, у нас все равно не получится отделить один полюс от другого. Мы просто получим два новых магнита (рисунок 9).

    Рисунок 9. Получение новых магнитов 

    Разделяемые части могут равными или разными — результата все равно один. Получатся новые магниты, каждый из которых будет иметь два полюса и нейтральную зону.

    Магнитное поле магнита

    Какой вид имеет это магнитное поле? Как можно получить представление о магнитном поле магнита?

    Вернемся к нашим любимым железным опилкам. Они помогли нам увидеть и форму магнитного поля прямого тока, и катушки с током. Пригодятся они нам и сейчас.

    Поместив опилки рядом с магнитами, они займут определенное положение — вдоль магнитных линий магнитного поля.

    Магнитные линии магнитного поля магнитов (не тавтология, привыкайте) являются замкнутыми кривыми (рисунок 10). Они похожи на магнитные линии, описывающие магнитное поле катушки с током.

    Магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Линии замыкаются внутри магнита.

    Рисунок 10. Магнитные линии полосового и дугообразного магнитов

    Магнитное поле, созданное двумя магнитами

    Как будет выглядеть магнитное поле, созданное сразу двумя магнитами?

    Если два магнита расположить друг к другу одноименными полюсами, то получим результат, показанный на рисунке 11.

    Рисунок 11. Магнитное поле, созданное двумя одноименными полюсами магнитов

    Если два магнита расположить друг к другу разноименными полюсами, то получим совсем другую картину (рисунок 12).

    Рисунок 12. Магнитное поле, созданное разноименными полюсами магнитов

    Подтверждение вышесказанному вы можете легко получить, проводя тот же опыт с опилками. Опилки выстроятся вдоль магнитных линий, изображенных на рисунках выше.

    Упражнения

    Упражнение №1

    Предложите способ определения полюсов намагниченного стального стержня.

    Это можно сделать с помощью магнитной стрелки. Поднесите ее к одному из концов стального стержня. Посмотрите, в каком положении она установится. Если магнитная стрелка повернется к стержню южным полюсом, то этот конец стержня является его северным полюсом (рисунок 13).

    Рисунок 13. Определение полюсов стального стержня с помощью магнитной стрелки

    К южному полюсу стержня стрелка повернется своим северным полюсом. Помните: разноименные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

    Упражнение №2

    Какую форму надо придать проводу, чтобы при наличии тока в нем силовые линии его магнитного поля были расположены так же, как у полосового магнита?

    Для этого нам нужно намотать этот проводник на катушку. Силовые линии магнитного поля катушки с током расположены так же, как и у полосового магнита (рисунок 14).

    Рисунок 14. Магнитные линии катушки с током

    Задания

    Задание №1

    Дугообразный магнит поднесите к листу картона. Магнит не притянет его. Затем положите картон на мелкие гвозди и снова поднесите магнит. Лист картона поднимется, а за ним и гвозди. Объясните явление.

    Магниты притягивают к себе не все материалы. Так, картон не притягивается к магниту, поэтому он останется неподвижен.
    Когда вы положите картон на гвозди и поднесете магнит, то картон поднимется вместе с гвоздями. Точнее говоря, магнит будет притягивать к себе гвозди (так они сделаны из железа). Под действием магнитного поля магнита гвозди придут в движение и поднимут на себе картон (рисунок 15).

    Рисунок 15. Притяжение гвоздей к магниту с поднятием картона

    Задание №2

    Положите дугообразный магнит на край стола. Тонкую иглу с ниткой положите на один из полюсов магнита. Затем осторожно потяните иглу за нить, пока игла не соскочит с полюса магнита. Игла зависает в воздухе (рисунок 16). Объясните явление.

    Рисунок 16. Опыт с иглой и магнитом

    Когда игла соскользнет с полюса магнита, она все еще будет находиться в его магнитном поле. Магнит продолжит притягивать ее. В этот момент сила натяжения нити уравновешивает силу притяжения магнита. Так будет казаться, что игла зависла в воздухе. Если же расслабить нить, то игла снова притянется к магниту и «прилипнет» к нему.

    5
    5
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение