Loading AI tools
З Вікіпедії, вільної енциклопедії
Магні́т, заст. магне́т, морське́ залізо, тягуне́ць[1][2] — тіло, що має власне магнітне поле, магнітний диполь. Можливо, слово походить від дав.-гр. Μαγνῆτις λίθος (Magnētis líthos), «камінь з Магнесії» — від назви регіону Магнісія й давнього міста Магнесія в Малій Азії, де в давнину були відкриті поклади магнетиту.
Найпростішим і найменшим магнітом можна вважати електрон. Магнітні властивості всіх інших магнітів зумовлені магнітними моментами електронів усередині них. З погляду квантової теорії поля електромагнітна взаємодія переноситься безмасовим бозоном — фотоном (часткою, яку можна представити як квантове збудження електромагнітного поля).
Пості́йний магні́т — виріб, виготовлений з феромагнетика, здатного зберігати залишкову намагніченість після вимкнення зовнішнього магнітного поля. Як матеріали для постійних магнітів зазвичай використовують залізо, нікель, кобальт, деякі сплави рідкісноземельних металів, а також деякі природні мінерали, такі як магнетити. Постійні магніти застосовуються як автономні (тобто такі, що не споживають енергії) джерела магнітного поля. Властивості магніту визначаються характеристиками розмагнічуючої ділянки петлі магнітного гістерезису матеріалу магніту: що вища залишкова індукція Br і коерцитивна сила Hc, то вища намагніченість і стабільність магніту. Характерні поля постійних магнітів — до 1 Тл (10 кг · с).
Електромагніт — пристрій, магнітне поле якого створюється лише при протіканні електричного струму. Як правило, це котушка-соленоїд з уставленим усередину феромагнітним (зазвичай залізним) сердечником з великою магнітною проникністю 10000. Характерні поля електромагнітів 1,5 — 2 Тл визначаються так званим насиченням заліза, тобто різким спадом диференціальної магнітної проникності при великих значеннях магнітного поля.
У широкому розумінні магніт — намагнічене тіло (здебільшого зі сталі або спеціального сплаву, фериту барію, стронцію, самарій-кобальту, нікель-кобальту, неодим-залізо-бору) або пристрій, що утворює магнітне поле. Розрізняють постійні магніти, електромагніти, надпровідні магніти.
Постійний магніт має два полюси. Полюс, що притягається до північного полюсу Землі, називається північним, другий — південним. Північний полюс магніту позначається літерою N, південний — літерою S.
Різнойменні полюси магнітів притягуються, однойменні — відштовхуються. Таким чином, північний магнітний полюс Землі є її південним полюсом, якщо розглядати нашу планету як постійний магніт.
Постійні магніти виготовляються з феромагнітних речовин, наприклад заліза. Існування магнітного поля в них зумовлене однаковою орієнтацією спінів електронів завдяки обмінній взаємодії. Для виробництва постійних магнітів використовують нікелеві сплави (алні, алніко, алнісі).
Магніти мають властивість притягати до себе невеликі предмети з феромагнітних матеріалів.
 Зовнішні відеофайли | |
|---|---|
 |
1. Магніти. Як вони працюють // Канал «Цікава наука» на YouTube, 8 березня 2021. |
Існування постійних магнітів зумовлене явищем, що називається феромагнетизм. Частинки, з яких складаються тіла, — електрони, протони й нейтрони — мають власні магнітні моменти, пов'язані з їхніми спінами, тобто є невеличкими магнітиками. У більшості речовин, що належать до діамагнетиків та парамагнетиків магнітні моменти окремих частинок направлені хаотично, а тому створене ними магнітне поле компенсується. У феромагнетиках магнітні моменти багатьох електронів направлені однаково. Це зумовлене особиливостями міжелектронної взаємодії, квантовим ефектом, який називають обмінною взаємодією. Обмінна взаємодія існує і в немагнітних речовинах, але в них вона сприяє утворенню спарених електронів з протилежно направленими магнітними моментами. Однакова направленість магнітних моментів електронів виникає тільки в небагатьох матеріалах.
Зазвичай феромагнетики розбиваються на окремі області, магнітні домени, в яких намагнічування максимальне. Однак макроскопічний феромагнетик, що складається з багатьох доменів, може перебувати й у ненамагніченому стані, коли орієнтація магнітних моментів доменів хаотична. Магнітні домени можна орієнтувати переважно однаково, помістивши феромагнетик у магнітне поле. При зніманні магнітного поля у феромагнетику збережеться залишкова намагніченість.
Для виготовлення постійного магніту феромагнетик нагрівають до температури, вищої від температури Кюрі, а потім повільно охолоджують у магнітному полі. При температурі, вищій від температури Кюрі, феромагнетик утрачає свої магнітні властивості й стає парамагнетиком. При охолодженні нижче від температури Кюрі він знову набуває магнітних властивостей, при цьому зовнішнє магнітне поле сприяє тому, що магнітні домени, що виникають у ньому, орієнтуються в одному напрямку.
Феромагнітні матеріали намагнічуються в зовнішньому полі також при температурах, менших від температури Кюрі. При припиненні дії поля в них зберігається залишкова намагніченість, величина якого залежить від напруженості прикладеного магнітного поля.
Іноді намагніченість матеріалів небажана, і їх необхідно розмагнітити. Цього можна досягти різними способами. Нагрівання магніту до температури, вищої від температури Кюрі, завжди знімає намагнічення. Магніт можна також помістити в змінне магнітне поле, більше від коерцитивної сили матеріалу, а потім поступово зменшувати поле або витягати магніт з нього. Такий процес використовується в промисловості для розмагнічування інструментів, жорских дисків, стирання інформації на магнітних картках тощо.
Частково магніти розмагнічуються також при ударах, оскільки різка механічна дія призводить до розупорядкування доменів.
За багато століть до нашої ери було відомо, що деякі кам'яні породи мають властивість притягувати шматки заліза. Про це згадував у VI столітті до нашої ери грецький фізик і філософ Фалес. Перше наукове вивчення властивостей магніту здійснив у XIII столітті вчений Петро Перегрін. 1269 року вийшов його твір «Книга про магніт», у якому він писав про численні факти явища магнетизму: магніт має два полюси, які вчений назвав північним і південним; неможливо відокремити полюси один від одного розламуванням. Перегрін згадав і про два види взаємодії полюсів — притягання і відштовхування. До XII—XIII століття магнітні компаси вже використовувалися в навігації в Європі, Китаї та інших країнах світу[3].
1600 року був опублікований твір англійського лікаря Вільяма Гільберта «Про магніт». До вже відомих фактів Гільберт додав важливі спостереження: посилення дії магнітних полюсів за допомогою залізної арматури, втрата магнетизму при нагріванні тощо. 1820 року даньський фізик Ганс Християн Ерстед на лекції спробував продемонструвати своїм студентам відсутність зв'язку між електрикою та магнетизмом, увімкнувши електричний струм поблизу магнітної стрілки. За словами одного з його слухачів, він був буквально «ошелешений», коли побачив, що магнітна стрілка після включення струму почала здійснювати коливання. Великою заслугою Ерстеда є те, що він оцінив значення свого спостереження та повторив дослід. Поєднавши довгим дротом полюси гальванічного елемента, Ерстед простягнув дріт горизонтально та паралельно щодо вільно підвішеної магнітної стрілки. Коли було ввімкнено струм, стрілка відразу відхилилася, прагнучи стати перпендикулярно до напрямку дроту. При зміні напрямку струму стрілка відхилилася в інший бік. Незабаром Ерстед довів, що магніт діє з певною силою на дріт, по якому йде струм.
Відкриття взаємодії між електричним струмом та магнітом мало величезне значення. Воно стало початком нової епохи у вченні про електрику та магнетизм та зіграло важливу роль у розвитку техніки фізичного експерименту.
Дізнавшись про відкриття Ерстеда, французький фізик Домінік Франсуа Араго почав свою серію дослідів. Він обмотав мідним дротом скляну трубку, в яку вставив залізний стрижень. Коли було замкнено електричне коло, стрижень сильно намагнітився і до його кінця міцно прилипли залізні ключі; коли було вимкнено струм, ключі відпали. Араго розглядав провідник, по якому йде струм, як магніт. Правильне пояснення цього явища було дано після дослідження французького фізика Андре Ампера, який встановив внутрішній зв'язок між електрикою та магнетизмом. У вересні 1820 року він повідомив Французької Академії наук про отримані ним результати.
Потім у своєму «верстаті» Ампер замінив раму на вільно підвішений спіральний провідник. Цей дріт при пропущенні по ньому струму набував властивістей магніту. Ампер назвав його соленоїдом. Виходячи з магнітних властивостей соленоїда, Ампер запропонував розглядати магнетизм як явище, що спричинене круговими струмами. Він вважав, що магніт складається з молекул, у яких присутні кругові струми. Кожна молекула являє собою маленький магнітик, розташовуючись однойменними полюсами в одну і ту ж сторону, ці маленькі магнітики й утворюють магніт. Проводячи уздовж сталевої смуги магнітом (кілька разів на одну і ту ж сторону), ми змушуємо молекули з круговими струмами однаково орієнтуватися в просторі. Таким чином, сталева пластинка перетвориться на магніт. Тепер став зрозумілим і досвід Араго зі скляною трубкою, обмотаною мідним дротом. Вставлоений у неї залізний стрижень став магнітом тому, що навколо нього йшов струм. Це був електромагніт.
1825 року англійський інженер Вільям Стерджен виготовив перший електромагніт у вигляді зігнутого стрижня з м'якого заліза з обмоткою з товстого мідного дроту. Для ізолювання від обмотки стрижень був покритий лаком. При пропущенні струму залізний стрижень набував властивостей сильного магніту, але при перериванні струму він миттєво їх втрачав. Саме ця особливість електромагнітів дозволила широко застосовувати їх у техніці.
Термін «магніт», як правило, використовується для об'єктів, які мають власне магнітне поле, навіть при відсутності прикладеного магнітного поля, що можливо лише в деяких класах матеріалів. У більшості матеріалів магнітне поле з'являється в зв'язку з доданим зовнішнім магнітним полем; це явище відоме як магнетизм. Існує декілька типів магнетизму і усі магнітні матеріали принаймні мають один з них.
Загалом поведінка магнітного матеріалу може значно змінюватись в залежності від структури матеріалу і, не в останню чергу, від його електронної конфігурації. Існує декілька типів взаємодії матеріалів з магнітним полем, зокрема йдеться про такі матеріали, як:
Існують інші види магнетизму, наприклад спінове скло, суперпарамагнетизм, супердіамагнетизм[en] та метамагнетизм[en].
Застосовують магніти в електротехніці, радіотехніці, техніці зв'язку, радіолокації, пристроях автоматичного керування, у магнітній сепарації тощо.
Історично одним із перших застосувань магніту були магнітні компаси, стрілки яких указували напрямок до магнітних полюсів Землі.
У системі SI одиницею магнітного потоку є вебер (Вб), магнітної проникності — генрі на метр (Гн/м), напруженості магнітного поля — ампер на метр (А/м), індукції магнітного поля — тесла.
Вебер — магнітний потік, при убуванні якого до нуля в зчепленому з ним контурі опором 1 ом проходить кількість електрики 1 кулон.
Генрі — міжнародна одиниця індуктивності та взаємної індукції. Якщо провідник має індуктивність 1 Гн і струм в ньому рівномірно змінюється на 1 А в секунду, то на його кінцях індукується ЕРС 1 вольт. 1 генрі = 1,00052 · 109 абсолютних електромагнітних одиниць індуктивності.
Тесла — одиниця вимірювання індукції магнітного поля в SI, чисельно рівна індукції такого однорідного магнітного поля, в якому на 1 метр довжини прямого провідника, перпендикулярного вектору магнітної індукції, зі струмом силою 1 ампер діє сила 1 ньютон.
Магнітний (рос. магнитный, англ. magnetic, нім. magnetisch) — той, що стосується магніту і має властивості магніту, або який пов'язаний з використанням магнітного поля.
Наприклад:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
