Поучительная история магнетита
Естественные магниты — это кусочки минерала магнетита, окиси железа, содержащие 31% железа и 69% кислорода. Имеется много версий о названии магнита. Отвлекаясь от преданий, можно сказать, что, конечно, была гора с большим количеством магнетита, что-то вроде нашей отечественной горы Магнитной на Урале, и люди заметили способность магнетита притягивать предметы из железа. Так человек выделил минерал магнетит среди других, поместив его в круг своих интересов. Результаты наблюдений в течение всей истории человечества использовались в практической деятельности человека. Первое свойство, которое установили, — притяжение. Далее, по-видимому, на небольших кусочках, скользящих по гладкой поверхности, выявили способность ориентирования магнетита по отношению к странам света. Эта особенность положила начало прибору под названием компас.
Первые компасы были сделаны 3000 лет тому назад. Их описания находят в летописях.
Понятие магнитного поля как пространства, в котором проявляется действие магнитных сил, сформулировалось позднее, но также из наблюдений. Одним из первых, кто обобщил эти факты, был У. Гильберт. Он осуществил большое число опытов, в результате которых получил основные научные сведения по магнетизму. Люди, познав свойства магнетита, стали делать различные приборы, изготавливать искусственные магниты и магнитопроницаемые материалы.
Начатое в древности настойчивое изучение магнетита и его особых свойств продолжается. Сейчас активно развиваются направления, связанные с исследованием биологического действия магнитов. Начало этим направлениям было положено также давно: целебные свойства лекарств, в которых есть толченый магнит, были известны с древности.
В 1754 г. французский аббат Ленобль изготовил магниты и лечил ими нервные болезни. Считалось, что магнитные силы непосредственно действуют на нервы, как и на железо. Производились самые различные опыты; одни из них давали положительные результаты, другие — отрицательные. Однако как научное направление магнитобиология сформировалась значительно позже, фактически в наши дни, когда появились надежная измерительная техника и необходимый теоретический уровень знаний. В процессе магнитобиологических исследований накопились наблюдения, убеждающие в том, что магниты, заделанные в гипсовые повязки, наложенные при переломах, ускоряют срастание костей. Но магниты в повязках закреплять на теле не совсем удобно, и тут появились усовершенствованные модели: магнитофоры, разработанные в Ленинграде. Внешне они представляют собой тонкий кусок резины, в которую впрессовывают магнитный жесткий порошок. Магнитофор прикладывают к любому участку тела пациента, т. е. магнитофор — своеобразная, приспособленная для прикладывания к телу человека модель магнита.
Магнитофор в переводе с греческого означает «магнит несущий». В отличие от двухполюсного магнита он может иметь практически неограниченное число пар полюсов, что дает возможность действовать магнитным полем на любой объект как живой, так и неживой природы. Если семена овощных и зерновых культур перемещать на конвейере, лента которого сделана из магнитофора, то урожайность в определенных условиях повышается.
А такое недавно установленное свойство, как «магнитная память Земли»? Здесь тоже помогли наблюдения над железом. Во многих горных породах есть железо. И это железо играет роль элемента, запоминающего магнитное поле. Археологи используют магнитную память керамики, основанную на содержании в глине железа. Изучая подобные образцы как элементы магнитной памяти, люди узнают, какое магнитное поле было в прошлом. Необходимо подчеркнуть, что природное железо взаимодействует с магнитным полем Земли. В результате взаимодействия железо, входящее в состав природных образований, изменяет свои свойства. В металле как бы записываются значения этого поля примерно так же, как на магнитной ленте магнитофона. Нужно только уметь прочесть и такую природную запись остаточной намагниченности.
Все физико-химические процессы в минералах находят в их структуре и свойствах то или иное отражение. Открытие остаточной намагниченности произошло в средневековье случайно на искусственной модели — железной поковке, но в равной степени его можно было сделать, наблюдая за неживой природой, и перенести эти наблюдения для моделирования в лабораторию.
Магнит помог и в изучении строения атома. Парамагнитный эффект, парамагнитные вещества с группой ферромагнитных веществ, у которых парамагнитный эффект выражен особенно сильно, диамагнитный эффект, ядерный магнитный резонанс — этот перечень важных для людей открытий, сделанных при изучении свойств магнетита и изготовленных из него магнитов, можно было бы продолжить. Более того, свойства магнетита позволят узнать много новых явлений, которые мы пока не знаем или о которых еще только догадываемся. Нашу жизнь нельзя представить без магнита, магнитных полей, магнитных устройств и магнитных материалов.
Источник: Г.С. Франтов. Геология и живая природа. (Уровни организации вещества, бионика и геоника, клетки и газово-жидкостные включения). Изд-во «Недра». Ленинград. 1982
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Природные (естественные) магниты
Магнитные свойства некоторых природных минералов были известны уже в древности. Так, имеются письменные свидетельства более чем 2000-летней давности об использовании в Китае естественных постоянных магнитов в качестве компасов. О притяжении и отталкивании магнитов и намагничивании ими железных опилок упоминается в трудах древнегреческих и римских ученых (например, в поэме «О природе вещей» Лукреция Кара).
Природные магниты представляют собой куски магнитного железняка (магнетита), состоящего из FeO (31 %) и Fe 2 0 (69 %). Если такой кусок минерала поднести к мелким железным предметам — гвоздям, опилкам, тонкому лезвию и т. д., они к нему притянутся (рис. 3.34, а).
Искусственные постоянные магниты
Искусственные постоянные магниты изготавливают из специальных сплавов, в которые входят железо, никель, кобальт и др. Эти металлы приобретают магнитные свойства (намагничиваются), если их поднести к постоянным магнитам. Поэтому, чтобы изготовить из них постоянные магниты, их специально держат в сильных магнитных полях, после чего они сами становятся источниками постоянного магнитного поля и способны длительное время сохранять магнитные свойства.
На рис. 3.34, б изображены дугообразный и полосовой магниты. На рис. 3.35, а, бданы картины магнитных полей этих магнитов, полученных методом, который впервые применил в своих исследованиях М. Фарадей: с помощью железных опилок, рассыпанных на листе бумаги, на котором лежит магнит. У каждого магнита есть два полюса — это места наибольшего сгущения магнитных силовых линий (их называют также линиями магнитного поля, или линиями магнитной индукции поля). Это места, к которым сильнее всего притягиваются железные опилки (рис. 3.34, в). Один из полюсов принято называть северным ( N ), другой — южным ( S ). Если поднести два магнита друг к другу одноименными полюсами, можно увидеть, что они отталкиваются, а если разноименными — притягиваются.
На рис. 3.35 наглядно видно, что магнитные линии магнита — замкнутые линии(точно такие, как магнитные линии магнитного поля постоянного тока). На рис. 3.36 а, б показаны силовые линии магнитного поля двух магнитов, обращенных друг к другу одноименными и разноименными полюсами. Центральная часть этих картин напоминает картины электрических полей двух зарядов (разноименных и одноименных). Однако существенным различием электрического и магнитного полей является то, что линии электрического поля начинаются на зарядах и заканчиваются на них. Магнитных же зарядов в природе не существует. Линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита и входят в южный, они продолжаются и в теле магнита, т. е., как было сказано выше, являются замкнутыми линиями. Поля, силовые линии которых замкнуты, называются вихревыми. Магнитное поле — это вихревое поле (в этом его отличие от электрического).
Источник
Постоянные магниты
Одно из самых удивительных явлений природы – это проявление магнетизма у некоторых материалов. Постоянные магниты известны с древних времён. До свершения великих открытий в сфере электричества постоянные магниты активно использовались лекарями разных народов в медицине. Доставались они людям из недр земли в виде кусков магнитного железняка. Со временем люди научились создавать искусственные магниты, помещая изделия из сплавов железа рядом с природными источниками магнитного поля.
Природа магнетизма
Демонстрация свойств магнита в притягивании к себе металлических предметов у людей вызывает вопрос: что такое представляют собой постоянные магниты? Какова же природа такого явления, как возникновение тяги металлических предметов в сторону магнетита?
Первое объяснение природы магнетизма дал в своей гипотезе великий учёный – Ампер. В любой материи протекают электрические токи той или иной степени силы. Иначе их называют токами Ампера. Электроны, вращаясь вокруг собственной оси, вдобавок обращаются вокруг ядра атома. Благодаря этому, возникают элементарные магнитные поля, которые взаимодействуя между собой, формируют общее поле вещества.
В потенциальных магнетитах при отсутствии внешнего воздействия поля элементов атомной решётки ориентированы хаотически. Внешнее магнетическое поле «выстраивает» микрополя структуры материала в строго определённом направлении. Потенциалы противоположных концов магнетита взаимно отталкиваются. Если приближать одинаковые полюсы двух полосовых ПМ, то руки человека ощутят сопротивление движению. Разные полюсы будут стремиться друг к другу.
При помещении стали или железного сплава во внешнее магнитное поле происходит строгое ориентирование внутренних полей металла в одном направлении. В результате этого материал приобретает свойства постоянного магнита (ПМ).
Как увидеть магнитное поле
Чтобы визуально ощутить структуру магнитного поля, достаточно провести несложный эксперимент. Для этого берут два магнита и мелкую металлическую стружку.
Важно! В обиходе постоянные магниты встречаются двух форм: в виде прямой полосы и подковы.
Накрыв полосовой ПМ листом бумаги, на него насыпают железные опилки. Частички мгновенно выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля, что даёт наглядное представление о данном явлении.
Виды магнитов
Постоянные магниты разделяют на 2 вида:
- естественные;
- искусственные.
Естественные
В природе естественный постоянный магнит – это ископаемое в виде обломка железняка. Магнитная порода (магнетит) в каждом народе имеет своё название. Но в каждом наименовании присутствует такое понятие, как «любящий», «притягивающий металл». Название Магнитогорск означает расположение города рядом с горными залежами естественного магнетита. В течение многих десятков лет здесь велась активная добыча магнитной руды. На сегодня от Магнитной горы ничего не осталось. Это была разработка и добыча естественного магнетита.
Пока человечеством не был достигнут должный уровень научно-технического прогресса, естественные постоянные магниты служили для разных забав и фокусов.
Искусственные
Искусственные ПМ получают путём наведения внешнего магнитного поля на различные металлы и их сплавы. Было замечено, что одни материалы сохраняют приобретённое поле в течение длительного времени – их называют твёрдыми магнитами. Быстро теряющие свойства постоянных магнитов материалы носят называние мягких магнитов.
В условиях заводского производства применяют сложные металлические сплавы. В структуру сплава «магнико» входят железо, никель и кобальт. В состав сплава «альнико» вместо железа включают алюминий.
Изделия из этих сплавов взаимодействуют с мощными электромагнитными полями. В результате получают достаточно мощные ПМ.
Применение постоянных магнитов
Немаловажное значение имеют ПМ в различных областях деятельности человека. В зависимости от сферы применения, ПМ обладают различными характеристиками. В последнее время активно применяемый основной магнитный сплав NdFeB состоит из следующих химических элементов:
- «Nd» – ниодия,
- «Fe» – железа,
- «B» – бора.
Сферы, где применяют постоянные магниты:
- Экология;
- Гальваника;
- Медицина;
- Транспорт;
- Компьютерные технологии;
- Бытовые приспособления;
- Электротехника.
Экология
Разработаны и действуют различные системы очистки отходов промышленного производства. Магнитные системы очищают жидкости во время производства аммиака, метанола и других веществ. Магнитные улавливатели «выбирают» из потока все железосодержащие частицы.
Кольцевидные ПМ устанавливают внутри газоходов, которые избавляют газообразные выхлопы от ферромагнитных включений.
Сепараторные магнитные ловушки активно отбирают металлосодержащий мусор на конвейерных линиях переработки техногенных отходов.
Гальваника
Гальваническое производство основано на движении заряженных ионов металла к противоположным полюсам электродов постоянного тока. ПМ играют роль держателей изделий в гальваническом бассейне. В промышленных установках с гальваническими процессами устанавливают магниты только из сплава NdFeB.
Медицина
В последнее время производителями медицинского оборудования широко рекламируются приборы и устройства на основе постоянных магнитов. Постоянное интенсивное поле обеспечивается характеристикой сплава NdFeB.
Свойство постоянных магнитов используют для нормализации кровеносной системы, погашения воспалительных процессов, восстановления хрящевых тканей и прочее.
Транспорт
Транспортные системы на производстве оснащены установками с ПМ. При конвейерном перемещении сырья магниты удаляют из массива ненужные металлические включения. С помощью магнитов направляют различные изделия в разные плоскости.
Обратите внимание! Постоянные магниты используют для сепарации таких материалов, где присутствие людей может пагубно сказаться на их здоровье.
Автомобильный транспорт оснащают массой приборов, узлов и устройств, где основную роль играют ПМ. Это электронное зажигание, автоматические стеклоподъёмники, управление холостым ходом, бензиновые, дизельные насосы, приборы передней панели и многое другое.
Компьютерные технологии
Все подвижные приборы и устройства в компьютерной технике оснащены магнитными элементами. Перечень включает в себя принтеры, движки драйверов, моторчики дисководов и другие устройства.
Бытовые приспособления
В основном это держатели небольших предметов быта. Полки с магнитными держателями, крепления штор и занавесок, держатели набора кухонных ножей и ещё масса приборов домашнего обихода.
Электротехника
Электротехника, построенная на ПМ, касается таких сфер, как радиотехнические устройства, генераторы и электродвигатели.
Радиотехника
ПМ используют с целью повышения компактности радиотехнических приборов, обеспечения автономности устройств.
Генераторы
Генераторы на ПМ решают проблему подвижных контактов – колец со щётками. В традиционных устройствах промышленного назначения остро стоят вопросы, связанные со сложным обслуживанием оборудования, быстрым износом деталей, значительной потерей энергии в цепях возбуждения.
Единственным препятствием на пути создания таких генераторов является проблема крепления ПМ на вращающемся роторе. В последнее время магниты располагают в продольных пазах ротора, заливая их легкоплавким материалом.
Электродвигатели
В бытовой технике и в некотором промышленном оборудовании получили распространение синхронные электрические двигатели на постоянных магнитах – это вентильные моторы постоянного тока.
Как и в вышеописанных генераторах, ПМ устанавливают на роторах, вращающихся внутри статоров с неподвижной обмоткой. Главное преимущество электродвигателя заключается в отсутствии недолговечных токопроводящих контактов на коллекторе ротора.
Двигатели такого типа – это маломощные устройства. Однако это нисколько не преуменьшает их полезность применения в области электротехники.
Дополнительная информация. Отличительная особенность устройства – это наличие датчика Холла, регулирующего обороты ротора.
Автор надеется, что по прочтении данной статьи у читателя сложится понятное представление о том, что такое постоянный магнит. Активное внедрение постоянных магнитов в сферу деятельности человека стимулирует изобретения и создание новых ферромагнитных сплавов, имеющих повышенные магнетические характеристики.
Видео
Источник
Задания 60.1-60.5 — Ханнанова, 8 класс.
Задание 60.1
Заполните пропуски в тексте.
Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами. Намагниченность железа и других материалов можно объяснить существованием электрических токов внутри атомов и молекул. В природе встречаются естественные магниты, например железная руда. Железо, сталь, никель, кобальт в присутствии магнитного железняка приобретают магнитные свойства.
Задание 60.2
Зачеркните слова, обозначающие материалы, изделия из которых не притягиваются к магниту.Медь железо алюминий сталь древесина чугун
Задание 60.3
Выполните указания и ответьте на вопросы
а) Как направлены магнитные линии магнитного поля вокруг полосового магнита? Сделайте рисунок иллюстрацию, закрасив северный полюс магнита синим цветом, а южный – красным и поставив рядом с полюсами соответствующие обозначения – N и S.
б) Что показывает густота магнитных линий около полюсов магнита?
Наибольшую магнитную активность, количество линий магнитной индукции.
Что произойдет, если магнит распилить по середине на два одинаковых куска? Сделайте иллюстрацию вашего ответа, закрасив южные полюса получившихся в результате распиливания магнитов красным цветом, а северные – синим.
Задание 60.5
На рисунке показаны магнитные линии магнитного поля двух магнитов, расположенных рядом. Выберите для каждого рисунка и отметьте галочкой все возможные пары полюсов от двух магнитов, которые могут создавать магнитное поле с подобной картиной магнитных линий.
Источник
Магниты
Рассмотрим явление «природный магнит» (постоянный магнит). Его отличие от всех других химических веществ в природе: постоянный магнит обладает четко выраженным магнитным полем. Вне зависимости от его пространственной ориентации, конфигурации, массы. Как бы мы не вертели магнит, его магнитное поле остается неизменным. Как бы мы не дробили магнит, каждый его кусочек становится самостоятельным магнитом, сохраняя, при этом прежнюю поляризацию магнитного поля.
Магнитное поле не относится к электрическим явлениям. Магнитное поле – есть видоизменение гравитационного поля. И представляет собой потоки свободной энергии, направленные извне – к точкам аннигиляции постоянного магнита. Гравитационное поле постоянного магнита поляризовано.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ – есть поляризованное гравитационное поле
То есть: в постоянном магните всегда есть сторона, в которой сконцентрирована почти вся сила притяжения магнита. Остальная сила притяжения (намного более слабая) сконцентрирована на противоположном полюсе магнита. Все остальное тело магнита «работает» на эти два полюса притяжения. Оно не обладает силой притяжения, а, значит, отталкивает от себя. Между полюсами, на теле магнита имеется некая граница, делящая магнит на две магнитные части.
Причина такой поляризации кроется в особой атомно-молекулярной структуре постоянных магнитов, в направленных потоках межмолекулярной энергии внутри них. То есть, все-таки — в электрических взаимодействиях внутри постоянных магнитов.
Для свободного протекания потоков межмолекулярной энергии внутри физических тел, необходима монолитная сотово-ячеистая структура вещества. Вещества с кластерно- кристаллической структурой являются различной степени диэлектриками.
Второе главное качество химических веществ, которое способствует свободному протеканию потоков межмолекулярной энергии: все атомы материала проводника способны легко менять свою пространственную ориентацию. В отсутствие электрического тока, все атомы ориентированы в направлении ближайшего края физического тела (в состав которого они входят). Но как только по проводнику пустили электрический ток, в с е атомы мгновенно переориентируются в пространстве в направлении откуда идут потоки энергии электротока.
В диэлектриках атомы имеют фиксированную пространственную ориентацию. Они всегда ориентированы в направлении ближайшего края кластера (или кристалла), в состав которого входят. Независимо, какое бы напряжение мы не дали на края физического тела, состоящего из диэлектрика.
Природные магниты имеют кристаллическое строение: его молекулы объедены в кристаллы. При этом кристаллы способны легко пропускать электрический ток. Можно предположить, что кристаллы в магнитах способны изменять свою структуру под действием потоков межмолекулярной энергии. До прохождения электротока была одна кристаллическая решетка. После прохождения – другая. И, самое главное: после прекращения действия этих направленных потоков межмолекулярной энергии новая кристаллическая структура сохраняется.
В результате, при прохождении направленных потоков межмолекулярной энергии сквозь магнит, атомы внутри кристаллов меняют свою пространственную ориентацию в направлении этих потоков энергии. В новой кристаллической структуре эта пространственная ориентация атомов, способствующая прохождению потоков энергии именно в данном направлении, сохраняется. Такое физическое тело становится поляризованным. Та сторона, откуда поступали мощные потоки энергии, в большей степени поглощает свободную энергию, чем противоположная сторона. Это и будут полюса магнита. Причем здесь существует закономерность: чем более мощные потоки энергии воздействовали на вещество магнита, тем более сильную поляризацию магнита мы увидим.
Даже после того, как мы раздробим магнит на кусочки, все равно, эти кусочки сохранят полученную пространственную поляризацию.
Считается, что природный магнит представляет собой металлическое тело, в котором существуют циркулирующие токи. Но что собой представляют эти «циркулирующие токи», как они возникают, за счет чего поддерживаются и куда при этом девается закон сохранения энергии – никто толком объяснить не может.
То, что мы описали выше, поможет нам понять природу природных магнитов. В моменты формирования руды ископаемого – природного магнита, атомы в нем получают фиксированную пространственную ориентацию. Как и положено, они ориентированы в направлении центра тяжести Земли. Но в дальнейшем, в результате тектонических процессов, они были вынесены в верхние слои земной коры, или даже – на поверхность земли. Естественно, их пространственное расположение поменялось. Но поляризация, полученная в момент формирования руд, сохранилась. Вот и получаем природные магнитные аномалии.
Отклонение стрелки магнита строго перпендикулярно направлению тока в проводнике объясняется просто. До возникновения электротока проводник представляет собой обычное физическое тело, которое создает потоки энергии из окружающего пространства по направлению к себе. То есть – обладает притяжением. При прохождении электротока по проводнику, проводник перестает создавать потоки энергии к себе. То есть уже не обладает силой притяжения. И все потоки энергии окружающего пространства будут теперь огибать этот проводник. Соответственно, магнитная стрелка компаса покажет это отклонение. Магнитная стрелка будет расположена именно перпендикулярно направлению электротока.
Источник