Как работают магниты | Наньтун Высотная Компания, ООО

Вы, наверное, знаете, что магниты притягивают определенные металлы и у них есть северный и южный полюса. Противоположные полюса притягиваются друг к другу, а одинаковые полюса отталкиваются. Магнитное и электрическое поля взаимосвязаны, и магнетизм, наряду с гравитацией, сильными и слабыми атомными взаимодействиями, является одной из четырех фундаментальных сил во Вселенной.

Но ни один из этих фактов не отвечает на самый основной вопрос: что именно заставляет магнит прилипать к определенным металлам? Или почему они не прилипают к другим металлам? Почему они притягивают или отталкивают друг друга в зависимости от своего положения? И что делает неодимовые магниты намного сильнее керамических магнитов, с которыми мы играли в детстве?

Чтобы понять ответы на эти вопросы, полезно иметь базовое определение магнита. Магниты — это объекты, которые создают магнитные поля и притягивают такие металлы, как железо, никель и кобальт. Силовые линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита и входят в его южный полюс. Постоянные или твердые магниты постоянно создают собственное магнитное поле. Временные или мягкие магниты создают магнитные поля в присутствии магнитного поля и в течение короткого времени после выхода из него. Электромагниты создают магнитные поля только тогда, когда электричество проходит через их проволочные катушки.

Поскольку электроны и протоны представляют собой крошечные магниты, все материалы обладают какими-то магнитными свойствами. Однако в большинстве материалов то, как электроны вращаются в противоположных направлениях, сводит на нет магнитные свойства атома. Металлы являются наиболее распространенным выбором для изготовления магнитов. Хотя некоторые из них сделаны из простых металлов, комбинации металлов, называемые сплавами, производят магниты разной силы. Например:

Для работы многих современных электронных устройств требуются магниты. Подобная зависимость от магнитов возникла относительно недавно, прежде всего потому, что для большинства современных устройств требуются магниты более сильные, чем те, которые встречаются в природе. Магнит, форма магнетита, является самым сильным природным магнитом. Он может притягивать мелкие предметы, например скрепки и скобы.

К XII веку люди обнаружили, что можно использовать магнит для намагничивания кусков железа, создавая компас. Многократное трение магнита по железной игле в одном направлении намагничило иглу. Затем, когда он подвешен, он выровняется в направлении север-юг. В конце концов, ученый Уильям Гилберт объяснил, что такое выравнивание намагниченных игл с севера на юг произошло из-за того, что Земля вела себя как огромный магнит с северным и южным полюсами.

Стрелка компаса далеко не так сильна, как многие из постоянных магнитов, используемых сегодня. Но физический процесс, который намагничивает стрелки компаса и куски неодимового сплава, по сути один и тот же. Он основан на микроскопических областях, известных как магнитные домены, которые являются частью физической структуры ферромагнитных материалов, таких как железо, кобальт и никель. Каждый домен по сути представляет собой крошечный автономный магнит с северным и южным полюсом. В ненамагниченном ферромагнитном материале северный полюс каждого домена указывает в случайном направлении. Магнитные домены, ориентированные в противоположных направлениях, нейтрализуют друг друга, поэтому материал не создает суммарного магнитного поля.

С другой стороны, в магнитах большинство или все магнитные домены направлены в одном направлении. Вместо того, чтобы нейтрализовать друг друга, микроскопические магнитные поля объединяются, создавая одно большое магнитное поле. Чем больше доменов направлено в одном направлении, тем сильнее общее поле. Магнитное поле каждого домена простирается от его северного полюса до южного полюса домена перед ним.

Это объясняет, почему разлом магнита пополам создает два магнита меньшего размера с северным и южным полюсами. Это также объясняет, почему противоположные полюса притягиваются — силовые линии покидают северный полюс одного магнита и естественным образом входят в южный полюс другого, по сути создавая один больший магнит. Подобные полюса отталкивают друг друга, потому что их силовые линии движутся в противоположных направлениях, а не движутся вместе, а сталкиваются друг с другом.