Tvari u magnetskom polju. Interakcija magnetskog polja s materijom

Koliko neobjašnjivih fenomena i neriješenih misterija skriva naš planet? No, promatrači stanovnika Zemlje od stoljeća do stoljeća proučavaju obrasce, stavljaju eksperimente, izumljuju, izvode zaključke i koriste svoje izume. Tajne prostora i prirode neprestano privlače ljude, gurajući ih na sve nove pokuse u potrazi za istinom i tragovima. Jedna od takvih misterija je ponašanje tvari u magnetskom polju.

Prva magnetska promatranja

Prema postojećoj legendi, drevni pastir po imenu Magnus jednom je otkrio da je njegovo osoblje privezano kamenu metalnom stranom. Njemu (kamenu) ovo je otkriće posvećeno. Prema drugoj teoriji, riječ „magnet” s grčkom jeziku znači „kamen s magnezij”, po gradu magnezija, gdje su otkriveni magnetska polja. Čak i nekoliko stoljeća prije Krista, Kinezi su primijetili da su neki od kamenja drže zajedno na takav način da se mogu slobodno okretati, dosljedno pretvoriti u određenom smjeru.

Kako se pojavio kompas

Najraniji kompas bili su žlice magnetita s kratkom šipkom koja se mogla zakrenuti u krug. Nekoliko vremena nakon što je žlica okrenuta, zaustavila se, a štap je uvijek pokazivao na sjever. Ali ove su snage tako male da mogu rotirati samo slobodno stisnute strijele na kompasu.

Kasnije, mornari umetnuli magnetne igle u slamke i stavili ih u zdjelu vode. Slama je uvijek pokazivala sjever-jug. Razlog tom, tada neistraženom fenomenu, je određeno polje oko Zemlje koje ima sposobnost utjecanja na tvari koje su u njemu i određivanje njihovog smjera.

Magnetna sfera oko Zemlje

Naša zemlja se spoji sa sferom u kojoj radimo magnetske sile, svoje ime - magnetsko polje. Iako verzija o njegovoj pojavi nije potvrđena, ali geofizici u osnovi slažu s tvrdnjom da magnetsko polje postoji zbog željeznog sastava jezgre našeg planeta. Okretanje Zemlje olakšava stvaranje kontinuiranih strujanja električnih naboja u rastaljenoj jezgri metala, što dovodi do pojave magnetskog polja oko njih. Zemlja se stoga pojavljuje kao ogromni magnet, na koji reagiraju strelice kompasova.

Svojstva i priroda magneta

Magneti poput onih koji vole ukrasiti hladnjake ili držati bilješke u kuhinji imaju vrlo zanimljiva svojstva. Ponašanje tvari u magnetskim poljima ovisi o materijalu od kojih su te tvari sastavljene. Svatko zna da magneti drže željezo ili čelične predmete. I zašto se to događa? U svakom magnetu postoje dva stupa. Ako provodite eksperiment i zadržite par magneta blizu jedan drugome, ispada da sjeverni stup jednog privlači suprotno - južni pol drugog. Međutim, ako magnetima postavljate s istim stupovima, uvijek će se odbijaju jedni druge. Elektroni koji stvaraju okretaje oko jezgre atoma imaju negativni električni naboj. Protok nabijenih čestica stvara magnetsko polje, koje je savijeno velikom petljom oko njih.

Na primjer, kada je svjetlost uključena, električna se struja pomiče kroz njegovo ožičenje, a elektroni se kreću od jednog atoma u drugi i javlja se slabo magnetsko polje oko ožičenja. Slično tome, snažno magnetsko polje proizlazi iz visokonaponskih žica. Elektricitet i magnetizam djeluju kao dvije komponente elektromagnetizma. Svaki elektron koji se okreće oko svoje osi, kao planet koji se okreće, gradi malu petlju električne struje u svojoj orbiti i stvara svoje magnetsko polje u tvari. Tvari u magnetskom polju ponašaju se drugačije.

Kako interakcija magnetskog polja s materialom

Na primjer, kada magnetsko polje djeluje na plastiku, događa se sljedeće: minijaturna magnetska polja svakog od atoma neutraliziraju jedni druge, jer su njihovi polovi usmjereni u različitim smjerovima. No, u željezni atomi su postavljeni na takav način da se materijal može magnetizirati. Atomi u njima se skupljaju u skupine i nazivaju se magnetskim područjima. Svaka takva malena domena sastoji se od milijardi čestica sa svim svojim magnetskim poljima usmjerenim u jednom smjeru, a on sam postaje sićušni magnet. U željeznom komadu, domene su usmjerene u različitim smjerovima pa se međusobno neutraliziraju i samostalno željezo ne pokazuje magnetska svojstva. Da bi stvorili magnet, sve domene moraju biti smještene u jednom smjeru, a zatim komad željeza magnetizira i privlači sebi sve metalne predmete koji su u blizini. Kako mogu dobiti željezo organizirati domene u istom redoslijedu? To je vrlo jednostavno: to učiniti, stavite komad željeza u magnetsko polje. Podudaraju se, domene se razvijaju u smjeru polja. Istovremeno će početi privlačiti atome iz drugih domena, povećavajući veličinu.

Uskoro, mnogi od tih elemenata će stvoriti liniju, i komad samog željeza postaje magnet će privući na sebe svaki pin, noktiju ili druge metalne predmete u blizini. Znači postoji magnetizacija: magnetsko polje u materiji uvelike se povećava. Ali, kako kažu, bolje je vidjeti jednom nego čuti sto puta. Nije iznimka i fenomen koji razmišljamo. Kako biti siguran u ovo?

Magnetsko polje i magnetizacija tvari mogu se razmotriti u kući. Dovoljno je provesti jednostavan eksperiment. Uzmite mali željezni nokat i stavite ga na magnet iz hladnjaka. Njegove domene će se brzo uskladiti, a neko vrijeme će se nokti pretvoriti u magnet, kojim će biti lako podignuti pin.

Određivanje magnetskog polja

Za proučavanje magnetskog polja u materiji, proučavane su dvije vrste struja - makro-struje i mikro-struje. Makronaredbe su stvorene pokretom nabijenih makroskopskih tijela. Mikro-struje nazivaju se strujama stvorenim pokretnim elektronima u atomima, molekulama i ionima. Magnetsko polje u materiji stvorilo je dva polja: vanjsko polje koje stvara makrocurrenti, i unutarnje polje koje tvore mikro struje.

Najmanja magnetska tvar

Zanimljiva je činjenica da u prirodi postoji pravi magnet - magnetski željezni kamen. Ali većina tijela koja imaju svoje magnetsko polje, ali umjetno proizvedena umjetno. Najjači od njih su oni koji su legure neodimijem, željeza i bora. A koja je materija danas najmagičnija? Znanstvenici su mogli odgovoriti na ovo pitanje. Skupina fizičara iz države Minnesote stvorila je novi materijal koji se sastoji od 16 atoma željeza i 2 dušikova atoma, koji karakterizira magnetska propusnost od 18% veća od najjačih - neodimijski magnet.

Koji su magneti

Ukratko, magnetsko polje u materiji ovisi o magnetima. Položaj bilo kojeg od njih u magnetskom polju tvori svoje magnetsko polje u materiji. Vrste magneta razlikuju sljedeće: dijamagnetiku, paramagnete i feromagnete. Najmoćnija polja stvaraju feromagneti, jer imaju visoka magnetska svojstva. Takve tvari uključuju željezo, nikal, kobalt, rijetke zemaljske metale i njihove legure, kao i legure kroma i mangana. Od njih se izrađuju trajni magneti, budući da polje feromagneta ne nestaje nakon što magnetsko polje prestane funkcionirati.

Paramagnetika ima magnetsku permeabilnost koja je iznad jedinstva na sobnoj temperaturi. Takve tvari u magnetskom polju slabo su magnetizirane, ali kako se temperatura smanjuje, njihova magnetska svojstva se povećavaju. Paramagneti uključuju, primjerice, kisik, platin, aluminij, metale rijetke zemlje.

Diamagnetika je druga vrsta tvari čija magnetska propusnost je nešto manja od jedinstva, njihova magnetska svojstva su još slabija. Za mnoge od tih metala, kao što su bizmut, srebro, zlato, bakar, kao i voda i organski spojevi. Zanimljiva je činjenica da, kada se zagrije na određenu temperaturu (Curie točka), feromagnetska svojstva nestaju, a metali demagnetiziraju i postaju paramagnetični.

Korištenje magnetskog polja

Ljudi su naučili sami upotrijebiti gore navedena svojstva tvari u magnetskom polju: feromagneti su neophodni u proizvodnji električne i računalne tehnologije. Mogu se naći u transformatorima, elektromotorima i različitim mjerilima, dopuštaju nekoliko puta povećanje magnetskog polja, bez mijenjanja struje u zavojnici.

Korištenje takvih materijala može značajno smanjiti potrošnju energije. Koristi se za magnetsko snimanje zvuka i detekciju nedostataka, obrada rude. Danas, lijekovi koriste magnete za dijagnozu i liječenje različitih bolesti. Općenito, rad dijagnostičke opreme temelji se na djelovanju trajnih magneta. Na primjer, pokazatelj tonometra za oči je neophodan za otkrivanje glaukoma u početnoj fazi. Koristi se u kirurgiji i mikrokirurgiji, magnetskim sredstvima za uklanjanje metalnih fragmenata iz ljudskog tijela. Temelji se na načelu njihovog djelovanja svojstva magneta bez mrežne veze. Širok terapeutski učinak vrše različiti magnetski zavoji i aplikatori. Oni oslobađaju sindrom boli i zaustavljaju proces upale, te liječe mnoge bolesti metodom utjecaja magnetskog polja na aktivne zone ljudskog tijela. Poznato je da čak i kraljica Cleopatra koristi magnetski nakit kako bi poboljšao protok krvi i odgađao starenje.

Vrijednost magnetskog polja za planet

Magnetsko polje igra veliku ulogu u životu planeta. Prije svega, ona služi kao zaštita za stanovnike Zemlje i satelitima od nesigurnog utjecaja kozmičkih tijela. Pod utjecajem magnetskog polja, njihova se putanja mijenjaju. Istraživači priznaju da neki planeti nemaju metalnu jezgru, a time i magnetsko polje koje značajno smanjuje broj mogućih naseljenih planeta. Zemljani su također u opasnosti da ostanu bez zaštite polja. No, kako bi obavijestili, kada se to dogodi, geofizičari se ne poduzimaju. Istraživanja su otkrila da se preko 160 milijuna godina magnetski stupovi - sjever i jug - izmijenili oko stotinu puta. Posljednji takav fenomen dogodio se prije 720 tisuća godina, a Zemlju je napadnuta kozmička čestica. Jedna od teorija koja objašnjava izumiranje dinosaura, kaže da su ti divovi nestali upravo iz tog razloga.

Magnetsko polje postaje tanje

Geofizika, analizirajući svojstva magnetskog polja, otkrila je da postoje nesigurni pomaci koji još nisu fiksirani. Na jugu Atlantskog oceana, sloj magnetskog polja postupno postaje tanji. Tijekom posljednjih 150 godina, polje je postalo slabije za deset posto. Znanstvenici tvrde kako će promjena stupova biti dovoljno brzo, unutar 100 godina od početka inverzije. Kakva će generacija promatrati ovu pojavu i kako će to utjecati na stanovnike Zemlje još nije poznato, ali postoji tvrdnja da će takva promjena stupova negativno utjecati na elektrotehniku.

Magnetne oluje i njihov utjecaj na ljude

Ponekad u magnetskom polju Zemlje postoje perturbacije - ovo magnetske oluje, koji izravno ovise o Suncu. Tijekom razdoblja povećanja solarne aktivnosti, opaženo je ogromno oslobađanje energije, što doprinosi stvaranju sunčevih zračenja. Istodobno, gigantska struja nabijenih čestica juri na Zemlju pri velikoj brzini - 500-1000 kilometara u sekundi, stvarajući snažno magnetsko polje. Taj protok dostigne planet u samo nekoliko dana. Dva snažna magnetska polja sudaraju, a kao rezultat toga, krši se Zemljino magnetsko polje. Čovjek se naviknuo na normalno magnetsko polje, a magnetskim olujama se mijenja stanje zdravlja.

Ljudi imaju različitu magnetosenzitivnost, učinak na osobu magnetske oluje izravno ovisi o njegovu zdravstvenom stanju. Stanje zdravlja pogoršava, vitalnost se smanjuje, radna sposobnost smanjuje, slabost se razvija, glava boli, poremećena je spavanja, živčani sustav pogoršava (broj pogrešaka povećava se, broj nezgoda i katastrofa povećava). U svezi s pojavom površinske struje na uređajima u takvim danima, njihov rad može biti poremećen.

Reakcija životinja na magnetsko polje

Dokazano je da ptice dobro poznaju Zemljino magnetsko polje i čak ga vide. Znanstvenici vjeruju da su ptice jedinstvena bića ove vrste: magnetska sila pomaže im u pronalaženju vlastitog doma tijekom letova do kolosalnih udaljenosti.

Magnetsko polje kao navigator koristi morske kornjače. Životinje s visokom magnetosenzitivnošću, na primjer mačke, unaprijed reagiraju na promjene u naponu magnetskog polja. Neobična ponašanja životinja promatrana su prije uragana i potresa. Utvrditi pristup tsunamija ili potresa u Japanu u velikim akvarijima sadrže akne, koje prije kataklizma rastu na površinu i brinu, osjećajući jake perturbacije magnetskog polja.

Umjesto nadopuna

Utjecaj magnetskog polja na stanovnike našeg planeta još nije u potpunosti studirao, znanstvenici diljem svijeta upravo otvorio zastor misterija planeta Zemlje i pokušava pronaći odgovore na vrlo važna pitanja. Ali napredak ne prestaje, a znanost se ubrzano razvija danas, pa tko zna, možda će sljedeća generacija znati odgovor na većinu pitanja o kojima se bore najbolji umovi čovjeka.