Магнитные свойства веществ

Изучение магнитных свойств

Трудно найти человека, которого в детстве не поражали удивительные свойства магнита. На значительном расстоянии, прямо через пустоту (не воздух же ему помогает!) магнит способен притягивать тяжелые куски железа. Из гвоздиков и кнопок легко соорудить целые гирлянды. Не менее удивительно поведение магнитной стрелки компаса, упорно стремящейся повернуться на север, как бы вы ни вращали компас, стремясь сбить ее с толку. Пожалуй, только необыкновенные способности волчка могут соперничать с магнитом по действию на воображение.

Притяжение магнитов напоминает притяжение на расстоянии наэлектризованных тел. Недаром на протяжении многих веков их путали. Лишь Гильберту в конце XVI века удалось доказать, что это не одно и то же. В самом деле: магнит не нуждается в таких предварительных операциях, как трение, для того чтобы притягивать. И эта способность его не исчезает с течением времени, как у наэлектризованных тел, если только не нагревать его очень сильно и не трясти.

Магниты могут, как притягиваться, так и отталкиваться, подобно зарядам. Но вот что странно! Отделить северный магнетизм от южного, получить изолированный магнитный полюс никому не удалось, несмотря на то, что на это было затрачено немало усилий.

Природный магнит - минерал магнетит - обладает слабыми магнитными свойствами. Более сильными магнитами являются чистые металлы железо, кобальт и никель. В конце прошлого века заметили, что добавка к железу 3 % вольфрама улучшает свойства магнитов в три раза, добавка кобальта - еще в три раза. Сплав альнико (алюминий + никель + кобальт) позволяет поднимать железные предметы, в 500 раз превышающие по массе сам магнит. Керамические магниты, получаемые спеканием металлических ферромагнитных порошков, позволяют поднимать грузы, превышающие их по массе в 4500 (альнико) - 5000 (магнико) раз. Наилучшими свойствами обладают магниты на основе редкоземельных металлов диспрозия, эрбия, неодима и др. , но они очень дороги.

Со временем постоянные магниты (в том числе магнитные стрелки), хотя и выполнены из магнитожестких материалов, размагничиваются. Иногда они и вовсе перемагничиваются, так что их полярность перестает соответствовать маркировочной окраске: северный конец - синий, южный — красный. Это создает дополнительные сложности при проведении экспериментов и лабораторных, работ. К счастью, восстановить намагниченность, оказывается, несложно.

нерабочие магнитные стрелки

нерабочий полосовой магнит

нерабочий дугообразный магнит

рабочий постоянный магнит

различные металлические тела

Восстановление магнитных стрелок.

Возьмем нерабочую магнитную стрелку и коснемся по очереди ее остриями соответствующих полюсов сильного постоянного магнита, например магнита из динамика громкоговорителя.

Проверим, совпадают ли направления рабочей и подмагничиваемой стрелки.

Если направления не совпадут, то повторим действие, указанное в первом пункте.

Возьмем нерабочую магнитную стрелку и осторожными и медленными движениями, стараясь не повредить краску, «натрем» ее концы от центра к периферии также соответствующими полюсами.

Проверим, совпадают ли направления рабочей и подмагничиваемой стрелки.

Если направления не совпадут, то повторим действие, указанное в первом пункте.

На практике я научился восстанавливать магнитные стрелки при помощи постоянного магнита.

Восстановление полосовых магнитов.

Собираем схему, состоящую из источника постоянного тока 1, катушки 2 с П-образным сердечником 3 (можно взять, например, дроссельную катушку от демонстрационного трансформатора), амперметра 4 (с шунтом и второй шкалой) и вольтметра 5 (с добавочными резисторами и шкалами).

• С помощью выверенной магнитной стрелки определяем полярность поля катушки и замыкаем П-образный сердечник полосовым магнитом 6 так, чтобы образовался замкнутый магнитопровод, причем, чтобы направление силовых линий внутри полосового магнита совпало с направлением силовых линий поля катушки.

Торцы полосового магнита не должны выступать ни за сердечник катушки, ни за ярмо (поля рассеяния должны быть как можно меньше). Если магнит слишком длинный, то следует намагнитить сначала один полюс, совместив его с сердечником катушки, а потом - второй, перевернув его на 180° и поменяв направление тока на обратное.

-подмагничивание не должно длиться долго во избежание перегрева катушки.

-по окончании подмагничивания следует очень медленно вывести ток до нуля.

-одновременно подмагничивать несколько магнитов не рекомендуется - это малоэффективно.

Восстановление дугообразных магнитов.

Собираем схему, состоящую из источника постоянного тока 1, катушки 2, амперметра 4 (с шунтом и второй шкалой) и вольтметра 5 (с добавочными резисторами и шкалами). В этом случае сердечник не нужен, его заменяют два дугообразных магнита, сложенных противоположными полюсами навстречу.

С помощью магнитной стрелки проверяем полярность поля катушки. Затем вставляем в нее магниты так, чтобы направление силовых линий внутри образовавшегося магнитопровода совпадало с направлением поля внутри катушки.

По окончании эксперимента необходимо проверить, как намагнитился каждый полюс. Если наружный полюс не намагнитился, необходимо повторить подмагничивание, поместив теперь этот полюс внутрь катушки.

Вывод: На практике я научился восстанавливать дугообразные и полосовые магниты при помощи электричества.

Изучение магнитных свойств различных веществ.

Поочередно поднесем рабочий магнит к серебру, меди, золоту, алюминию, олову, стали и железу.

Результаты: а) Металлы хорошо притягиваются к магниту: железо и сталь.

б) Металлы очень слабо притягиваются: олово и алюминий.

в) Металлы не притягиваются и ослабляют действие магнита: золото, медь и серебро.

Вывод: Практическим путем я убедился, что не все металлы одинаково хорошо притягиваются к магниту, а некоторые даже ослабевают его действие.

На практике мы убедились, что магнит имеет два полюса (в случае с магнитными стрелками ее синий конец должен указывать на север, а красный - на юг)

Не рабочий магнит довольно таки не трудно восстановить. Существует несколько способов восстановления: с помощью натирания или при помощи тока (в зависимости от самого магнита).

По магнитным свойствам вещества делятся на три группы: а) ферромагнетики (хорошо притягиваются к магниту) б) парамагнетики (очень слабо притягиваются) в) диамагнетики (не притягиваются и ослабляют действие магнита)

Значение работы

Опасность магнитных свойств

Самопроизвольное намагничивание железных предметов в магнитном поле Земли используется в подрывном деле. Под водой на некоторой глубине устанавливаются магнитные мины, которые взрываются при прохождении над ними корабля - ведь его корпус всегда самопроизвольно намагничен. Когда магнитная стрелка, вращающаяся вокруг горизонтальной оси, поворачивается под влиянием магнитного поля судна, приводится в действие взрывной механизм. Намагниченные винтики, гайки, отвертки и т. п. липнут к металлическим частям двигателя или радиотехнического устройства, с ними трудно работать.

Польза магнитов

Конечно, в навигации — стрелки компасов изготавливают с древнейших времен. Когда-то их вытачивали из природного магнитного железняка, причем самых причудливых форм - в виде человечка или ложки.

Теперь магнитные стрелки для морских компасов выполняют в виде стержня длиной 10 см и шириной 1-2 мм (спица), для туристических компасов - в виде пластинки-ромбика длиной 3 см и шириной 2-5 мм.

Сейчас все больше распространяются магнитные карты для автоматов метро, телефонных аппаратов, а также кредитные карточки, позволяющие оплачивать покупки безналично. Запись сумм производится на аналогичном магнитном носителе, нанесенном на пластиковую основу. Для оформления бухгалтерских или банковских документов часто используются магнитные чернила, суспензия или мастика, содержащая микроскопические магнитные частицы в красящем веществе. Записи производятся на обыкновенной бумаге перьевой или шариковой ручкой, а считывание – с помощью магнитной головки. Аналогичные «магнитные» знаки ставятся на банковских купюрах, ценных бумагах, этикетках во избежание подделки.

В измерительных приборах магнитно-электрической системы (амперметрах, вольтметрах, авометрах, ваттметрах и др. ) постоянные магниты создают магнитное поле, вращающее рамку с током, а в динамиках радиоприемников, магнитофонов и т. п. - двигающее катушку с токами звуковой частоты. В лучевых трубках осциллографов, телевизоров, дисплеев с помощью постоянных магнитов корректируют направленность электронного пучка. В генераторах и электродвигателях, особенно для вентиляторов, детских игрушек и других компактных изделий, используют постоянные магниты в качестве статоров.

Чтобы очистить масло ДВС автомобиля, измеритель уровня масла в двигателе (масляный щуп) стали изготавливать из магнитного стержня.

В школе с помощью ферритовых магнитов и полосок магнитной резины крепят наглядные пособия на магнитной доске; в магнитных «кнопочницах» и «скрепочницах» хранят мелкие металлические канцелярские принадлежности. Многочисленные приборы в кабинете физики позволяют наблюдать и исследовать различные физические явления, например магнитоэлектрическая машина, преобразует механическую энергию в электрическую не без помощи постоянного магнита.

Наконец, постоянные магниты широко используются в быту. Если вы рассыпали гвозди или булавки, да которые еще и смешались с опилками, уронили в узкую щель ключ или другую ценную для вас вещь, способную намагничиваться, не можете найти на полу уникальный винтик или гайку от оправы для очков, хотите оставить записку на холодильнике, постоянный магнит вас выручит. Если в походе батарейки от фонаря быстро сели или не работают на морозе, индукционный фонарь безотказен (хотя он несколько шумный, да и рука устает) - в нем тоже есть постоянный магнит. Давно уже используют магнитные щеколды для мебельных дверей и др. Малыши «ловят» магнитной удочкой бумажных рыбок с железной пластинкой внутри, волшебные фигурки парят над магнитным постаментом.

Как изготовить постоянный магнит

Выточить из природного материала (магнетита) или намагнитить. Можно, например, взять железную линейку и поместить ее в поле сильного магнита (вынуть его из динамика) или оставить ее на длительное время в магнитном поле Земли - именно так самопроизвольно намагничиваются железные прутья, ножки столов и стульев, ведра и т. п. Можно ещё натереть линейку постоянным магнитом; или нагреть ее в пламени и затем охладить в постоянном магнитном поле; или поместить линейку в электромагнит, т. е. катушку с током.

В промышленности, добавляя в расплавленную резину или пластмассу железные опилки и охлаждая их в магнитном поле до нормальной температуры, получают магнитную резину или ворсовое покрытие для футбольных полей и взлетно-посадочных полос.

Как сохранить магнитные свойства

Хранить постоянные магниты следует вдалеке от источников электромагнитных полей, складывая их так, чтобы силовые линии оказывались замкнутыми; одиночный магнит надо укладывать в направлении магнитного поля Земли: северным полюсом (обычно окрашен в синий цвет) - на север; не ронять и не стучать по ним; не нагревать в пламени.