Почему магнит притягивает металлы?

В этой статье простым языком изложены физические основы магнитных свойств материалов, причины изменений этих свойств, ключевые научные эксперименты и открытия, а также эксперименты, которые можно провести дома. 

Что представляет собой поле постоянного магнита

Магнитное поле - это невидимая область вокруг магнита. Представьте себе невидимые "нити", которые выходят из него и распространяются в определенном направлении. Эти "нити" создают область, или зону, в которой магнит оказывает воздействие, которое можно обнаружить. Эта область и называется магнитным полем. Если магнит или металлический предмет попадет в поле, он может притянуться или оттолкнуться от него, в зависимости от расположения и свойств.

У постоянных магнитов "нити" всегда на месте. Это значит, что их поле остается постоянным в течение долгого времени, или пока ничего не изменится. 

Почему магнит магнитит: строение магнитных материалов

Магнитные материалы обладают способностью притягивать к себе другие магниты или металлические предметы благодаря своей особенной структуре. Их структуру можно поделить на маленькие области, называемые доменами. Эти домены - это, можно сказать, маленькие команды атомов, расположенных в строгом порядке. 

В предыдущем пункте мы говорили о “нитях”. Чтобы было проще, представим, что каждая нить выходит из своего домена, а направление нити зависит от строения самого домена. 

Магнитные домены

Представим себе магнитный материал, например, кусок железа. Внутри него огромное количество доменов. Из каждого домена тянется своя “нить”. Все эти нити могут быть направлены в одну сторону, либо в разные. Направление может меняться. Если все нити направлены в одну сторону - они усиливают друг друга, и, соответственно, увеличивают магнитную силу материала. А если в разные - они как бы мешают друг другу, и уменьшают силу. 

Направление нитей правильно называть ориентацией доменов. Если мы воздействуем на материал внешним полем, домены могут поворачиваться и выстраиваться в одном направлении. Тогда весь материал становится магнитом. Этот процесс называется намагничиванием.

Таким образом, магнитные домены - это маленькие области внутри материала, атомы которых формируют единую магнитную структуру. Если все домены выстроены в одном направлении, материал является магнитом.

Магнитные свойства веществ: феррмагнетики, парамагнетики, диамагнетики

Почему магнитится железо? И почему не магнитится, например, бумага? Всё дело в свойствах этих веществ. Магнитные свойства веществ - это то, как они ведут себя под воздействием магнитного поля. Есть три основных типа этих свойств: ферромагнетизм,  диамагнетизм и парамагнетизм. Вещества, которые их проявляют, называются соответственно Ферромагнетики, Диамагнетики и  Парамагнетики. 

Ферромагнетики сильно притягиваются к магнитам. Под воздействием поля их домены легко выстраиваются в одном направлении. Материал сам становится магнитом с собственным полем, которое сохраняется даже после удаления внешнего поля. Ферромагнетиками являются многие металлы, например, железо, никель и кобальт.

Парамагнетики только слегка притягиваются к магниту. Под воздействием поля домены могут немного "поворачиваться" в его направлении. Поэтому парамагнетики, как бы, "увлекаются" за магнитом, но их притяжение не очень сильное. Примеры парамагнетиков: алюминий, вольфрам, платина.

Диамагнетики, наоборот, слегка отталкиваются от магнитов. Когда на них воздействует внешнее поле, они стараются создать собственное поле, противоположное внешнему. Поэтому диамагнетики начинают слегка отталкиваться. Примеры диамагнетиков: вода, кварц, графит.

Итак, магнитные свойства веществ определяются поведением их доменов под воздействием магнитного поля. Ферромагнетики сильно притягиваются, парамагнетики слегка притягиваются, а диамагнетики слегка отталкиваются от него.

Эксперименты с магнитами

Рассмотрим несколько важных экспериментов с магнитами из истории физики.

1. Эксперимент с магнитной иглой: один из самых известных. Кто именно провел эксперимент первым - неизвестно. Но он позволил понять, что магнитная игла всегда ориентируется вдоль линий магнитного поля Земли. В результате Китае в IV веке до нашей эры был изобретен компас. Именно с этого изобретения началось “географическое” освоение земного шара. 
2. Эксперименты Ампера: В начале XIX века французский ученый Андре Мари Ампер провел серию экспериментов с проводниками. Он обнаружил, что ток в проводнике создает вокруг магнитное поле. 
3. Эксперименты Фарадея: В середине XIX века английский физик Майкл Фарадей обнаружил, что при движении магнита относительно провода или при изменении поля в проводнике возникает электрический ток. Именно на этом принципе работают генераторы и трансформаторы.
4. Эксперименты Юджина Вигнера: В XX веке американский физик Юджин Вигнер провел эксперименты с эффектом Холла, который заключается в том, что при прохождении электрического тока через проводник в магнитном поле, возникает разность потенциалов между его боковыми поверхностями. 

Теперь рассмотрим несколько простых и интересных экспериментов, которые можно выполнить дома.

1. Притяжение и отталкивание: Возьмите два магнита и попробуйте их сблизить. Вы заметите, что они либо притягиваются, либо отталкиваются, в зависимости от того, какой стороной друг к другу они расположены. Пробуйте разные комбинации.
2. Металлические предметы: Возьмите магнит и поднесите его к разным металлическим предметам, таким как гвозди, скрепки. Вы увидите, как притягиваются эти предметы. Но если поднести разные монеты, вы заметите, что не все из них будут притягиваться.
3. Форма поля: Положите магнит на стол, и сверху на него кусок бумаги. Посыпьте на бумагу мелкие металлические опилки или булавки. Вы увидите, как они выстроятся вдоль линий. Этот эксперимент поможет визуализировать форму и направление магнитных “нитей”.
4. Поле Земли: Возьмите компас. Удерживая его горизонтально, вы увидите, как стрелка повернется и укажет на северный полюс Земли. Это произойдет из-за того, что стрелка, которая сама по себе является магнитом, повернется по полю Земли.

Самое главное

Магнитное поле постоянного магнита - это область вокруг него, где он проявляет свою силу, воздействуя на другие магниты и металлические предметы,  притягивая их или отталкивая.

Магнитные домены - это микроскопические области внутри материала. Внутри них атомы выстроены в единую магнитную структуру. Под воздействием внешнего магнитного поля домены могут выстраиваться в одном направлении, делая материал магнитным.

По магнитным свойствам вещества подразделяются на 3 группы. Первая - ферромагнетики, такие как железо и никель, сильно притягиваются, и могут сами стать магнитами. Парамагнетики слабо притягиваются к магниту, а диамагнетики слабо отталкиваются от него.

Если у Вас возникли проблемы с Вашими магнитными устройствами, или Вам требуются новые, обращайтесь в наш магазин. У нас Вы найдете широкий ассортимент магнитных изделий высокого качества. Ознакомьтесь с ассортиментом на нашем сайте, или обратитесь к консультантам, они обязательно помогут Вам с выбором. 

Приобрести нашу продукцию можно на сайте, на маркетплейсах, или в нашем магазине в Москве по адресу: Каширское шоссе 13Б, Бизнес-Центр "ИТКОЛ-РЕГИКОН".

Выбирая наш продукт, вы выбираете качество. 
С наилучшими пожеланиями,
MAGTRADE.