Магнетизм і електромагнетизм

Природні і штучні магніти

Посеред залізних руд, що добуваються для металургійної промисловості, зустрічається руда, іменована магнітним залізняком. Ця руда має властивість притягувати до себе залізні предмети.

Шматочок такої залізної руди іменується природним магнітом, а проявляється їм властивість тяжіння - магнетизмом.

В наш час явище магнетизму вживається дуже широко в різних електронних установках. Але зараз використовують не природні, а так звані штучні магніти.

Штучні магніти виготовляються з особливих видів стали. Шматочок такої стали особливим чином намагничивают, після цього він набуває, магнітні властивості, т. Е. Стає незмінним магнітом.

Форма незмінних магнітів може бути найрізноманітніша залежно від їх призначення.

У незмінного магніту силами тяжіння володіють тільки його полюси. Кінець магніту, звернений на північ, домовилися називати північним полюсом магніту, а кінець, звернений на південь, - південним полюсом магніту. Кожен незмінний магніт має два полюси: північний і південний. Північний полюс магніту позначається літерою С або N, південний полюс - буквою Ю або S.

Магніт притягує до себе залізо, сталь, чавун, нікель, кобальт. Всі ці тіла називаються магнітними тілами. Все таки інші тіла, що не притягуються до магніту, іменуються немагнітними тілами.

Будова магніту. намагнічення

Будь-яке тіло, в тому числі і магнітне, складається з дрібних частинок - молекул. На відміну від молекул немагнітних тіл, молекули магнітного тіла володіють магнітними властивостями, представляючи собою молекулярні магнітики. Усередині магнітного тіла ці молекулярні магнітики розміщені своїми осями в різних напрямках, в результаті чого саме тіло ніяких магнітних властивостей не проявляє. Але якщо ці магнітики змусити обернутися навколо власних осей так, щоб вони своїми північними полюсами були звернені в одну сторону, а південними в іншу, то тіло придбає магнітні характеристики, т. Е. Стане магнітом.

Процес, в результаті якого магнітне тіло набуває характеристики магніту, іменується намагнічуванням. При виготовленні незмінних магнітів намагнічування робиться за допомогою електричного струму. Але можна намагнітити тіло і іншим методом, користуючись звичайним незмінним магнітом.

Якщо прямолінійний магніт розпиляти по нейтральної смуги, то вийдуть два самостійних магніту, при цьому полярність решт магніту збережеться, а на кінцях, які є результатом розпилу, виникнуть зворотні полюси.

Будь-який з придбаних магнітів можна також поділити на два магніти, і скільки б ми не продовжували такий розподіл, ми завжди будемо отримувати самостійні магніти з 2-ма полюсами. Отримати ж брусок з одним магнітним полюсом нереально. Цей приклад підтверджує те положення, що магнітне тіло складається з величезної кількості молекулярних магнітиків.

Магнітні тіла відрізняються одна від одної ступенем рухливості молекулярних магнітиків. Є тіла, які стрімко намагнічуються і так само стрімко розмагнічуються. І, навпаки, є тіла, які намагнічуються повільно, але зате довго зберігають всередині себе магнітні властивості.

Так залізо стрімко намагничивается під дією стороннього магніту, але так само стрімко і розмагнічується, т. Е. Втрачає магнітні властивості при видаленні магніту. Сталь же, Намагнітити раз, довгий час зберігає в собі магнітні характеристики, т. Е. Стає незмінним магнітом.

Властивість заліза стрімко намагнічуватися і размагничиваться пояснюється тим, що молекулярні магнітики заліза дуже рухливі, вони просто повертаються під дією зовнішніх магнітних сил, але зате так само стрімко приходять в колишнє хаотичне положення при видаленні намагнічує тіла.

Але в залозі маленька частина магнітиків і після видалення незмінного магніту все таки продовжує залишатися деякий час в положенні, яке вони прийняли при намагнічуванні. Отже, залізо після намагнічування зберігає в собі дуже слабенькі магнітні властивості. Це підтверджується тим, що при видаленні сталевої пластинки від полюса магніту не всі тирсу звалилися з її кінця - маленька частина їх залишилася ще притягнутою до платівці.

Властивість стали залишатися довгий час намагніченою пояснюється тим, що молекулярні магнітики стали насилу повертаються в потрібному напрямку при намагнічуванні, але зате зберігають на тривалий час усталене положення і після видалення намагнічує тіла.

Здатність магнітного тіла проявляти магнітні властивості після намагнічування іменується залишковим магнетизмом.

Явище залишкового магнетизму викликано тим, що в магнітному тілі діє так звана затримує сила, яка тримає молекулярні магнітики в положенні, яке зайняте ними при намагнічуванні.

У залозі дію затримує сили дуже слабеньке, в результаті чого воно стрімко розмагнічується і має дуже невеликий залишковий магнетизм.

Властивість заліза стрімко намагнічуватися і размагничиваться дуже широко використовується в електротехніці. Досить сказати, що сердечники всіх електромагнітів, які використовуються в електронних апаратах, виготовляються зі спеціального заліза, володіє дуже малим залишковим магнетизмом.

Сталь має велику затримує силою, завдяки чому в ній зберігається властивість магнетизму. Тому незмінні магніти виготовляються з особливих залізних сплавів.

На властивості незмінного магніту негативно позначаються удари, струси і різкі коливання температури. Якщо, наприклад, незмінний магніт підігріти до червоного і потім дати охолонути, то він зовсім втратить свої магнітні властивості. Точно так же, якщо піддавати незмінний магніт ударам, то сила його тяжіння помітно зменшиться.

Пояснюється це тим, що при сильному нагріванні або ударах долається дію затримує сили і тим порушується впорядковане розміщення молекулярних магнітиків. Ось чому з незмінними магнітами і пристроями, що мають незмінні магніти, потрібно звертатися з обережністю.

Магнітні силові лінії. Взаємодія полюсів магнітів

Навколо будь-якого магніту існує так зване магнітне поле.

Магнітним полем називається місце, в якому діють магнітні сили. Магнітним полем постійного магніту є та частина місця, в якому діють поля прямолінійного магніту магнітні сили цього магніту.

Магнітні сили магнітного поля діють в певних напрямках. Напрямки діяння магнітних сил домовилися називати магнітними силовими лініями. Цим терміном широко користуються при дослідженні електротехніки, але потрібно пам`ятати, що магнітні силові лінії не матеріальне: це - умовне поняття, введене тільки для полегшення усвідомлення параметрів магнітного поля.

Форма магнітного поля, т. Е, розміщення в просторі магнітних силових ліній, знаходиться в залежності від форми самого магніту.

Магнітні силові лінії мають ряд параметрів: вони завжди замкнені, ніколи не перетинаються, мають завзяття піти по найкоротшому шляху і відштовхнутися одне від одного, якщо орієнтовані в одну сторону. Прийнято вважати, що силові лінії виходять з північного полюса магніту і входять в його південний полюс- всередині магніту вони мають направлення від південного полюса до північного.

Однойменні магнітні полюси відштовхуються, різнойменні магнітні полюси притягуються.

У коректності обох висновків нескладно переконатися фактично. Візьміть компас і піднесіть до неї один з полюсів прямолінійного магніту, наприклад північний. Ви побачите, що стрілка миттєво повернеться своїм південним кінцем до північного полюса магніту. Якщо стрімко повернути магніт на 180 °, то відразу повернеться на 180 ° і магнітна стрілка, т. Е. Її північний кінець буде звернений до південного полюса магніту.

Магнітна індукція. магнітний потік

Сила впливу (тяжіння) незмінного магніту на магнітне тіло убуває з підвищенням відстані між полюсом магніту і цим тілом. Найбільшу силу тяжіння магніт проявляє конкретно у його полюсів, т. Е. Як раз там, де більш густо розміщені магнітні силові лінії. У міру віддалення від полюса густота силових ліній зменшується, вони розміщуються все рідше і рідше, спільно з цим слабшає і сила тяжіння магніту.

Таким чином, сила тяжіння магніту в різних точках магнітного поля неоднакова і характеризується густотою силових ліній. Для властивості магнітного поля в різних його точках вводиться величина, звана магнітної індукції поля.

Магнітна індукція поля чисельно дорівнює кількості силових ліній, що проходять через площадку 1 см2, розташовану перпендикулярно їх напрямку.

Чи означає, чим більше густота силових ліній в даній точці поля, тим більше в цій точці магнітна індукція.

Загальна кількість магнітних силових ліній, що проходять через будь-яку площу, іменується магнітним потоком.

Магнітний потік позначається літерою Ф і пов`язаний з магнітною індукцією наступним співвідношенням:

Ф = BS,

де Ф - магнітний потік, В - магнітна індукція поля-S - площа, пронизує даними магнітним потоком.

Ця формула справедлива тільки за умови, якщо площа S розміщена перпендикулярно до напрямку магнітного потоку. В іншому випадку величина магнітного потоку буде залежати ще й від того, під яким кутом розміщена площа S, тоді і формула прийме більш непростий вид.

Магнітний потік постійного магніту визначається повним числом силових ліній, що проходять через поперечний переріз магніту. Чим більше магнітний потік постійного магніту, тим більшою силою тяжіння цей магніт володіє.

Магнітний потік постійного магніту залежить від якості стали, з якої магніт зроблений, від розмірів самого магніту і від ступеня його намагнічування.

магнітна проникність

Властивість тіла пропускати через себе магнітний потік називається магнітною проникністю. Магнітного потоку легше пройти через повітря, ніж через немагнітне тіло.

Щоб мати можливість порівнювати різні речовини по їх магнітної проникності, прийнято вважати магнітну проникність повітря дорівнює одиниці.

Речовини, у яких магнітна проникність менше одиниці, іменуються діамагнітними. До них відносяться мідь, свинець, срібло і ін.

Алюміній, платина, олово і ін. Володіють магнітною проникністю трохи більше одиниці і носять назву парамагнітних речовин.

Речовини, магнітна проникність яких істотно більше одиниці (вимірюється тисячами), іменуються феромагнітними. До них відносяться нікель, кобальт, сталь, залізо та ін. З цих речовин і їх сплавів роблять різні магнітні та електричні прилади і деталі різних електронних машин.

Практичний інтерес для техніки зв`язку представляють особливі сплави заліза з нікелем, що отримали назву пермаллоев.