Erősen vonzzák a mágnesek. Miért nem vonzza a mágnes a szerves anyagokat? Mágnesek és az anyag mágneses tulajdonságai

Nehéz olyan embert találni, aki nem tudja, mi az a mágnes. Pontosabban, egy bizonyos fémszerű darab különféle vastárgyakat tud magához vonzani, és egy másik hasonló mágnestől kölcsönösen vonzza vagy kölcsönösen taszítja. De nem mindenki ismeri az ilyen jelenségek természetét. Bár a mágnes esszenciája nem rejt különösebb titkokat vagy bonyodalmakat. Minden nagyon egyszerű. Ebben a cikkben nézzük meg a mágnes működésének okát és természetét.

Tehát először is kezdjük a következővel. Gondolom hallottál már arról, hogy minden elektromos eszköz működésének alapja az elektromos áram mozgása a készülék belső áramkörein keresztül. Elektromos áram kis elektromos részecskék, amelyek bizonyos elektromos töltéssel rendelkeznek, és rendezetten mozognak a vezetők belsejében (minden, ami átvezeti az áramot), amikor ilyen lehetőség adódik (ha zárt áramkör jön létre). A negatív töltésű részecskéket általában elektronoknak nevezik. Ők végzik munkájukat (mozgásukat) szilárd anyagokban. A pozitív töltésű ionok folyékony és gáznemű anyagokban mozognak.

Milyen kapcsolat van az elektromosan töltött részecskék és a mágnesek között, ami kifejezi a lényegét? És a kapcsolat közvetlen! A tudósok régóta megállapították, hogy a mágneses mező pontosan a mozgó elektromos töltés körül keletkezik. Talán azt is hallottad, hogy mágneses mezők léteznek a közönséges vezetékek körül, amelyeken keresztül áramlik. Amint az áram mozgása megszűnik, az elektromágneses mező is eltűnik. Ez az előfordulás lényege és feltétele mágneses mező.

Az iskolai fizikából tudjuk, hogy minden körülöttünk lévő dolog és tárgy atomokból és molekulákból (meglehetősen kis elemi részecskékből) áll. Ezeknek a nagyon elemi részecskéknek viszont a következő szerkezetük van. Belül van egy mag (protonokból és neutronokból) (az atommag pozitív töltésű), és e körül a kisebb részecskék nagy sebességgel forognak, ezek elektronok (negatív töltéssel).

Tehát a mágnes lényege a következő. Mivel rájöttünk, hogy a mozgó elektromos töltések körül mágneses tér keletkezik, és minden atomban és molekulában van elektron, és ezek folyamatosan mozognak, ezért az atomok és molekulák körül mágneses mezők vannak (mind erősségükben, mind méretükben nagyon kicsik). ). Ezenkívül érdemes figyelembe venni, hogy a különböző anyagok és tárgyak eltérő mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek. Egyesek nagyon erős mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek, míg mások olyan gyenge mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek, hogy a mezők teljes hiányát jelzik.

Ez az alapja a mágnes természetének és lényegének. De még azok az anyagok is, amelyek nagy intenzitású mágneses mezővel rendelkeznek (ezek ferromágnesek, amelyek közül a leghíresebb az egyszerű vas), nem mindig mágnesesek. Miért van ez így? Mert ott van az egyirányúság és a káosz hatása. Hadd magyarázzam el, mi az. A mágnes lényege (a mágnesesség megnyilvánulása) nemcsak az anyagtól függ, hanem az anyag belsejében létező atomok és molekulák helyzetétől is. Ha két mágnest úgy kapcsolunk össze, hogy a pólusaik egybeesjenek, akkor a mezők mágneses ereje erősíti egymást, és a keletkező össztér erősebb lesz. De ha ezeket a mágneseket egymáshoz képest ellentétes pólusokkal helyezzük el, akkor természetesen elnyomják egymást, és közös mezőjük gyengül. Hasonlóképpen, az anyagok belsejében a legnagyobb mágneses tér eléréséhez szükséges, hogy a mágneses anyag minden atomja és molekulája egyirányú legyen a pólusaival. Ezt különféle módokon érik el.

És így rájöttünk a mágnes lényegére és működési természetére. Most egy kicsit arról, hogyan készülnek a mágnesek. Ha állandó mágnest kell készítenie (egy közönséges mágnesdarab, amely állandóan mágnesezi), vegyen egy ferromágneses anyagot, és helyezze azt egy bizonyos ideig kellően nagy intenzitású mágneses mezőbe. Ezután ez a ferromágnes maga kezd mágneses tulajdonságokkal rendelkezni. Nagy intenzitású mágneses térbe helyezés következtében az anyag elemi részecskéi egy irányba fordultak, ami az atomok és molekulák egyirányúságának hatását váltotta ki.

Az elektromágnesek gyártásához egyszerű réztekercseket használok, amelyek belsejében egy ferromágneses mag van elhelyezve, ami fokozza az összmágneses hatást. Vagyis amikor egyenáramot vezetnek át ezen a tekercsen, az elkezdi magához vonzani a vas tárgyakat. Végül is az áram folyik a tekercsen (töltött részecskék). Következésképpen elektromágneses mező keletkezik körülötte. És minél több fordulat van a tekercsen, és minél több áram halad át rajta, annál nagyobb mágneses erő keletkezik körülötte.

P.S. Tehát elvileg rájöttünk a mágnes természetére és lényegére. Tudva általános elv A mágnes (elektromágnes) felépítése és működése Most már minden világos előtted, hogy a mágnesek miért vonzzák magukhoz a vastárgyakat.

A mágnesek taszító tulajdonságai és technológiai felhasználása

Mágnesek és az anyag mágneses tulajdonságai.

A mágnesesség legegyszerűbb megnyilvánulásai nagyon régóta ismertek, és legtöbbünk számára ismerősek. Két mágnes van különböző típusok. Egyesek úgynevezett állandó mágnesek, amelyek „kemény mágneses” anyagokból készülnek. Egy másik típusba tartoznak az úgynevezett elektromágnesek, amelyek magja „puha mágneses” vasból készült.

Valószínűleg a "szó" mágnes" a névből származik ősi város Magnézia Kis-Ázsiában, ahol ennek az ásványnak nagy lelőhelyei voltak

Mágneses pólusok és mágneses tér.

Ha egy nem mágnesezett vasrudat a mágnes egyik pólusához közelítünk, az utóbbi átmenetileg mágnesezetté válik. Ebben az esetben a mágnesezett rúdnak a mágnes pólusához legközelebb eső pólusa név szerint ellentétes lesz, a távolabbi pedig ugyanazt a nevet.

Coulomb tudós torziós mérlegek segítségével tanulmányozta két hosszú és vékony mágnes kölcsönhatását. Coulomb megmutatta, hogy minden pólus jellemezhető egy bizonyos „mágnesességgel”, vagy „mágneses töltéssel”, és a mágneses pólusok kölcsönhatásának törvénye megegyezik az elektromos töltések kölcsönhatásának törvényével: két hasonló pólus taszítja egymást, és két eltérő pólus olyan erővel vonzza egymást, amely egyenesen arányos az ezekre a pólusokra koncentrálódó "mágneses töltésekkel", és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével.

Mágnesek alkalmazása

Számtalan példa van a mágneses anyagok felhasználására. Az állandó mágnesek nagyon fontos részét képezik számos, nálunk használt eszköznek mindennapi élet. Megtalálhatóak a hangszedő fejben, hangszóróban, elektromos gitárban, autóvillamos generátorban, magnók kismotorjaiban, rádiómikrofonokban, elektromos mérőórákban és egyéb eszközökben. Még „mágneses pofákat” is gyártanak, vagyis erősen mágnesezett acélpofákat, amelyek taszítják egymást, és ennek következtében nem igényelnek rögzítést.

A mágneseket széles körben használják a modern tudományban. Mágneses anyagok szükségesek a mikrohullámú tartományban történő működéshez, a mágneses rögzítéshez és lejátszáshoz, valamint a mágneses tárolóeszközök létrehozásához. A magnetostrikciós jelátalakítók lehetővé teszik a tenger mélységének meghatározását. Nehéz megtenni a rendkívül érzékeny mágneses elemekkel rendelkező magnetométerek nélkül, ha elhanyagolhatóan gyenge mágneses tereket kell mérni, bármilyen kifinomultan eloszlanak is a térben.

És előfordult már, hogy mágnesekkel harcoltak, amikor kiderült, hogy károsak. Ez a Nagy idők története Honvédő Háború szemlélteti a mágneses szakemberek felelősségteljes munkáját azokban a zord években... Vegyük például a hajótest mágnesezését. Az ilyen „spontán” mágnesezés egyáltalán nem ártalmatlan: nemcsak a hajó iránytűi kezdenek „hazudni”, magát a hajó mezőjét összetévesztve a Föld mezőjével, és helytelenül jelzik az irányt, a lebegő mágneses hajók vonzhatják a vastárgyakat. Ha az ilyen tárgyakat aknákkal társítják, a vonzás eredménye nyilvánvaló. Ezért kellett a tudósoknak beavatkozniuk a természet trükkjeibe, és speciálisan demagnetizálni a hajókat, hogy elfelejtsék, hogyan reagáljanak a mágneses aknákra.

A mágneseket elsősorban az elektrotechnikában, a rádiótechnikában, a műszergyártásban, az automatizálásban és a telemechanikában használják.

Elektromos gép generátorok és villanymotorok - forgógépek, amelyek vagy mechanikai energiát alakítanak át elektromos energiává (generátorok), vagy elektromos energiát mechanikai energiává (motorok). A generátorok működése az elektromágneses indukció elvén alapul: a mágneses térben mozgó vezetékben elektromotoros erő (EMF) indukálódik. A villanymotorok működése azon alapul, hogy a keresztirányú mágneses térben elhelyezett áramvezető vezetékre erő hat.

Elektromágneses dinamométer kis méretű motorok jellemzőinek mérésére alkalmas miniatűr készülék formájában készíthető.

Az anyag mágneses tulajdonságait széles körben használják a tudományban és a technológiában a különféle testek szerkezetének tanulmányozására. Így keletkeztek tudomány:

Magnetokémia(magnetokémia) - a fizikai kémia ága, amely a mágneses és a kémiai tulajdonságai anyagok; Ezenkívül a magnetokémia a mágneses mezők hatását vizsgálja kémiai folyamatok. A magnetokémia a mágneses jelenségek modern fizikán alapul. A mágneses és kémiai tulajdonságok kapcsolatának vizsgálata lehetővé teszi a tulajdonságok tisztázását kémiai szerkezete anyagokat.

Mikrohullámú technológia

Kapcsolat. A mikrohullámú rádióhullámokat széles körben használják a kommunikációs technológiában. A különféle katonai rádiórendszereken kívül számos kereskedelmi mikrohullámú kommunikációs vonal működik a világ minden országában. Mivel az ilyen rádióhullámok nem követik a földfelszín görbületét, hanem egyenes vonalban haladnak, ezek a kommunikációs kapcsolatok jellemzően dombtetőkre vagy rádiótornyokra telepített közvetítőállomásokból állnak, körülbelül 50 km-es időközönként.

Hőkezelés élelmiszeripari termékek. A mikrohullámú sugárzást élelmiszerek hőkezelésére használják otthon és az élelmiszeriparban. A nagy teljesítményű vákuumcsövek által termelt energia kis térfogatba koncentrálható a termékek rendkívül hatékony hőfeldolgozása érdekében az ún. mikrohullámú sütők vagy mikrohullámú sütők, amelyeket tisztaság, zajtalanság és tömörség jellemez. Az ilyen eszközöket repülőgépkonyhákban, vasúti étkezőkocsikban és automaták, ahol gyors ételkészítés és főzés szükséges. Az iparág háztartási használatra is gyárt mikrohullámú sütőket.

Mágnes segítségével próbálták kezelni (és nem is sikertelenül) idegbetegségeket, fogfájást, álmatlanságot, máj- és gyomorfájdalmat - több száz betegséget.

A 20. század második felében elterjedtek a mágneses karkötők, amelyek jótékony hatással voltak a vérnyomászavarban (hipertóniában és hipotóniában) szenvedő betegekre.

egy" kutató„- Spence cipész a skót Linlithgow városból, aki a 18. és 19. század fordulóján élt, azt állította, hogy felfedezett egy bizonyos fekete anyagot, amely semlegesíti a mágnes vonzó és taszító erejét. Elmondása szerint ezzel a titokzatos anyaggal és két állandó mágnessel állítólag könnyedén fenn tudja tartani két örökmobil folyamatos mozgását. saját készítésű. Ezeket az információkat ma a naiv elképzelések és az egyszerű hiedelmek tipikus példájaként mutatjuk be, amelyektől a tudomány a későbbiekben is nehezen tudott megszabadulni. Feltételezhető, hogy Spence kortársainak még csak árnyéka sem fér bele az ambiciózus cipész fantáziájának értelmetlenségébe. Egy skót fizikus azonban szükségesnek tartotta megemlíteni ezt az esetet a folyóiratban megjelent levelében Kémiai Évkönyvek 1818-ban, ahol ezt írja:

"... Mr. Playfair és Cater kapitány megvizsgálta mindkét gépet, és elégedettségét fejezte ki, hogy az örökmozgó problémája végre megoldódott."

Így kiderül, hogy a mágnesek tulajdonságait sok mindenben széles körben használják, és az egész emberiség számára igen hasznosak.

Minden mozgó töltött részecske mágneses teret hoz létre. Ha sok ilyen részecske van, és ugyanazon tengely körül mozognak, akkor mágnest kapunk.

Ha meg akar kérdezni egy fizikai Nobel-díjast, aki tudja, hogyan működik a mágnes, próbálja meg tisztábban megfogalmazni a kérdést, különben nagy kockázatot vállalsz, figyelmeztettelek.

Az atom egy magból és a körülötte forgó elektronokból áll. Az elektronok különböző pályákon foroghatnak, ezeket elektronszinteknek nevezzük. Minden elektronikus szint két elektront tartalmazhat, amelyek különböző irányban forognak.

De egyes anyagokban nem minden elektron párosul, és több elektron ugyanabba az irányba forog, az ilyen anyagokat ferromágneseknek nevezik. És mivel az elektron csak egy töltött részecske, az atom körül ugyanabban az irányban forgó elektronok mágneses teret hoznak létre. Az eredmény egy miniatűr elektromágnes.

Ha egy anyag atomjai véletlenszerű sorrendben vannak elrendezve, ahogy ez a legtöbbször megtörténik, akkor ezeknek a nanomágneseknek a mezői kompenzálják egymást. De ha ezek a mágneses mezők ugyanabba az irányba irányulnak, akkor összeadódnak, és kapsz egy mágnest.

Miért nem minden érme mágneses?

Ha gépolajat és lézernyomtatófestéket kever össze, ferrofluidot kaphat – egy mágnes által vonzott folyadékot.

A ferromágneseket vonzza a legjobban a mágnes, mivel párosítatlan forgó elektronjaik vannak. A mágneses térben mozgó töltéseket a Lorentz-erő befolyásolja, ezért a mágnes vonz más ferromágneseket.

De nem minden fémben vannak párosítatlan elektronok a Lorentz-erő ellentétes irányban hat a párosított elektronokra, ezért nem vonzzák őket a mágnesek. Például a modern 10 kopejkás, 50 kopejkos és 10 rubeles érmék mágnesesek, de az egy-, kettő- és ötrubeles nem mágnesesek, mert rézötvözetből készülnek, ami nem ferromágneses.

Amikor egy mágnes vonz fémtárgyak, varázslatnak tűnik, de a valóságban a mágnesek „mágikus” tulajdonságai csak elektronikus szerkezetük speciális szerveződésével függnek össze. Mivel egy atom körül keringő elektron mágneses teret hoz létre, minden atom kis mágnes; a legtöbb anyagban azonban az atomok rendezetlen mágneses hatásai kioltják egymást.

Más a helyzet a mágneseknél, amelyek atomi mágneses mezei rendezett tartományokba, úgynevezett tartományokba helyezkednek el. Minden ilyen régiónak van északi és déli pólusa. A mágneses tér irányát és intenzitását az úgynevezett erővonalak (az ábrán zöld színnel ábrázolva) jellemzik, amelyek a mágnes északi pólusát elhagyva délre lépnek be. Minél sűrűbbek az erővonalak, annál koncentráltabb a mágnesesség. Az egyik mágnes északi pólusa vonzza a másik déli pólusát, míg két hasonló pólus taszítja egymást. A mágnesek csak bizonyos fémeket vonzanak, főleg vasat, nikkelt és kobaltot, ezeket ferromágneseknek nevezzük. Bár a ferromágneses anyagok nem természetes mágnesek, atomjaik mágnes jelenlétében úgy rendeződnek át, hogy a ferromágneses testekben mágneses pólusok alakulnak ki.

Mágneses lánc

Ha a mágnes végét fém gemkapcsokhoz érinti, az egyes gemkapcsokhoz északi és déli pólus jön létre. Ezek a pólusok ugyanabban az irányban helyezkednek el, mint a mágnes. Minden gemkapocs mágnessé vált.

Számtalan kis mágnes

Egyes fémek kristályos szerkezetűek, amelyek mágneses doménekbe csoportosított atomokból állnak. A tartományok mágneses pólusai általában eltérő irányúak (piros nyilak), és nincs nettó mágneses hatásuk.

Állandó mágnes kialakítása

1. A vas mágneses doménjei általában véletlenszerűen orientáltak (rózsaszín nyilak), és a fém természetes mágnesessége nem jelenik meg.
2. Ha egy mágnest (rózsaszín sávot) közelebb visz a vashoz, a vas mágneses tartományai elkezdenek felsorakozni a mágneses mező mentén (zöld vonalak).
3. A vas legtöbb mágneses tartománya gyorsan igazodik a mágneses erővonalak mentén. Ennek eredményeként maga a vas állandó mágnessé válik.

A tudósok rájöttek, hogy a mágnes miért nem vonz mindent

Moszkva, február 11. A tudósok feltették a kérdést: miért nem vonz minden tárgyat a mágnes? Kiderült, hogy egyes fémeket, köztük a vasat és a nikkelt szerkezetüknél fogva erősen vonzza a mágnes, és minden más fémet és egyéb anyagot is vonz, de sokkal kisebb erővel – írja a Science.YoRead.ru.

A levegőben szuszpendált békát ábrázoló híres fénykép azt mutatja, hogy a mágneses tér erőssége hogyan hat a tárgyakra és az élőlényekre. A béka azért tudott lógni a levegőben, mert a mágneses mező százezerszer nagyobb volt, mint a Föld mágneses mezeje. Ennek a fényképnek a népszerűségét egy tudós hozta létre, aki Ig Nobel-díjat kapott egy lebegő békát ábrázoló fényképéért.

A békával végzett kísérlet után világossá vált, hogy a mágnes mindent képes vonzani, de miért vonzza a legerősebben a vasat? A válasz erre a kérdésre a vasatomok szokatlan kapcsolatában rejlik, amely más anyagokkal ellentétben koordinált. Ez azt jelenti, hogy a mágnes által vonzott vasatomok képesek az összes közeli atomot a mágneshez vonzani, jelentősen növelve a területet és ennek megfelelően a vonzási erőt.

Korábban a Georgia Institute of Technology kutatói bejelentették, hogy felfedezték az arany két eddig ismeretlen tulajdonságát, amelyeket a nemesfém mikroszkopikus szinten mutat. A newtoni fizika skáláján ezek a tulajdonságok hiányoznak.

A tudósok felfedezték, hogy elektromos tér hatására egy vékony aranyréteg képes molekulaszerkezetét háromdimenziósról laposra változtatni. A mező kikapcsolása után a szerkezet ismét háromdimenzióssá vált.

Azt is megállapították, hogy ha egy hűtött arannyal bevont felületre elektromos mezőt alkalmaznak, a nemesfém nanoklaszterei képesek katalitikus oxidációt végrehajtani, és a szén-monoxid CO-t átalakítani szén-dioxid CO2.