Магнітні явища

Постійний магніт — це тіло, що тривалий час зберігає магнітні властивості.

Тимчасове намагнічування — такий вид намагнічування, за якого тіло безпосередньо контактує з природним магнітом і набуває магнітних властивостей. У цьому випадку намагнічене тіло перетворюється на штучний магніт.

Феромагнетики — сильно намагнічені речовини (залізо, сталь).

Полюси магніту — ті ділянки магніту, де магнітна дія найбільша.

Середня лінія магніту — ділянка, розташована на середині магніту, де майже немає магнітної дії.

Властивості магнітів:

• Магнітне притягання й відштовхування притаманні залізній руді, залізу, сталі та деяким сплавам, у яких вони містяться.
• Магніт має два полюси: північний (N) і південний (S). Різнойменні полюси магніту притягуються, а однойменні — відштовхуються. Неможливо одержати магніт тільки з одним полюсом.
• Вільно підвішений магніт орієнтується відповідно щодо сторін світу: північний полюс магніту (N) скерований на північ, південний (S) — на південь.
• Розподіл магнітних властивостей по всьому об’єму штучного магніту неоднорідний: на кінцях магніту сила магнітної взаємодії найбільша (це полюси магніту), а ближче до середини магнітна дія не відчувається.

Будь-який електричний струм є джерелом магнітного поля. 

Магнітне поле — стан простору, у якому діють магнітні сили.

Уявні лінії, що проходять дотичною до магнітних стрілок, називають силовими лініями магнітного поля.  

Вектор магнітної індукції

Силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції.

Магнітна індукція, або вектор магнітної індукції — векторна фізична величина, яка характеризує силову дію магнітного поля. Цю векторну величину позначають

а її напрям визначають за напрямом магнітної стрілки, що перебуває в цій точці поля й показує на Північний полюс.

Одиниця вимірювання магнітної індукції в СІ — Тесла

Уявні лінії, пов’язані з напрямами магнітних стрілок, ми вже називали силовими лініями магнітного поля, але також вони мають назву лінії магнітної індукції.

Уявні лінії, дотична до яких у кожній точці спрямована в напрямі магнітного поля, тобто за вектором магнітної індукції, називають лініями магнітної індукції.

Властивості силових ліній:

• поза магнітом виходять із північного полюса магніту й входять у південний;
• завжди замкнені (оскільки магнітне поле — це вихрове поле);
• ніколи не перетинаються;
• найщільніше розміщені біля полюсів магніту.

Правило свердлика:

Якщо поступальний рух свердлика збігається з напрямком електричного струму, то ручка свердлика буде описувати напрямок поля та його силових ліній.

Правило правої руки — якщо обхопити правою рукою провідник таким чином, щоб великий палець вказував напрям струму в ньому, то решта пальців вказуватиме напрям вектора магнітної індукції.

Значення вектора магнітної індукції залежить від відстані до джерела магнітного поля.

Вектор магнітної індукції залежить від величини сили струму в провіднику, що є джерелом магнітного поля.

Магнітна дія котушки зі струмом посилюється у випадках:

• збільшення сили струму в котушці;
• збільшення кількості витків котушки;
• уведення всередину котушки залізного осердя.

Електромагніт — пристрій, що створює магнітне поле під час проходження електричного струму. Електромагніт містить обмотку та осердя й набуває властивостей магніту під час проходження струму обмоткою.

Силу, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, називають силою Ампера.

• Збільшення струму зумовлює збільшення сили магнітної дії.
• Зміна напрямку струму спричиняє відхилення провідника в протилежному напрямку.
• Зміна полюсів магніту також змінює напрямок відхилення провідника.
• Магнітна сила перпендикулярна й до ліній магнітного поля, і до напрямку струму.

Напрямок цієї сили зручно визначати за правилом лівої руки: ліву руку треба розмістити так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, чотири пальці були спрямовані в напрямку проходження електричного струму, тоді відігнутий великий палець покаже напрямок сили Ампера.

Якщо провідник розміщений перпендикулярно до ліній магнітного поля, формула для сили Ампера буде такою:

F_A = IBl

де І — сила струму в провіднику; В — значення вектора магнітної індукції; l — довжина провідника.

Вектор магнітної індукції — це силова характеристика магнітного поля, що чисельно дорівнює силі, яка діє на провідник завдовжки 1 м із силою струму в 1 А за умови, що він розміщений перпендикулярно до напрямку вектора магнітної індукції.

Узагальнюючи формулу для сили Ампера на випадок, якщо провідник розміщений під кутом α до ліній магнітної індукції, закон Ампера можна записати так:

F_A = IBl · sinα

Якщо провідник розміщений паралельно до ліній магнітної індукції, то сила з боку магнітного поля на нього не діє.

Для створення магнітного поля часто використовують соленоїд — циліндричну котушку з певною кількістю намотаних за гвинтовою лінією витків.

Гіпотеза Ампера щодо виникнення магнітних властивостей усередині певних матеріалів: причиною намагнічування є елементарні електричні струми.

Елементарний магніт, або елементарні електричні струми — коловий струм, що утворюється обертанням певних заряджених частинок усередині невеликих частинок речовини (атомів, молекул або їхніх угрупувань).

Висновки гіпотези Ампера:

• магнітних зарядів не існує, кожний атом можна розглядати як коловий елементарний струм;
• у ненамагніченому тілі всі елементарні струми розміщені хаотично, тому це тіло не має магнітних властивостей;
• процес намагнічування тіла полягає в тому, що під впливом зовнішнього магнітного поля його елементарні струми певної міри починають бути паралельними одне до одного.

Усі речовини взаємодіють із магнітним полем: під дією магнітного поля вони намагнічуються, тобто створюють власне магнітне поле.

Слабомагнітні речовини:

Діамагнетики — речовини, що намагнічуються й створюють власне магнітне поле, яке спрямоване протилежно до напряму зовнішнього магнітного поля. У діамагнетиках магнітне поле послаблюється.

До них належать мідь, золото, ртуть, інертні гази, вода тощо. Тіло людини на 78% із води, тому є діамагнетиком.

Парамагнетики — речовини, що намагнічуються й створюють власне магнітне поле, яке збігається за напрямом із зовнішнім магнітним полем. У парамагнетиках магнітне поле посилюється, але незначно.

До парамагнетиків належать калій, магній, натрій, кальцій, алюміній, кисень і багато інших елементів.

Сильномагнітні речовини:

Феромагнетики — речовини або матеріали, які залишають намагніченість і в разі зникнення магнітного поля, а за його наявності підсилюють зовнішнє поле в багато разів (деякі сплави сталі можуть збільшувати поле у вісім тисяч разів).

Для феромагнетиків існує певне значення температури, із досягненням якого феромагнітні властивості речовин зникають і феромагнетики перетворюються на парамагнетики. Така температура має назву температура Кюрі, для кожного феромагнетику ця температура має певне значення: для заліза — +770⁰С,  для нікелю — +354⁰С, а для кобальту — +1127⁰С.Назад

Температура Кюрі — це певне значення температури, за досягнення якої феромагнітні властивості речовин зникають і феромагнетики перетворюються на парамагнетики.