додати матеріал


Магнетизм

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ВСТУП.
Ми звикли до магніту і ставимося до нього трішки поблажливо як до застарілого атрибуту шкільних уроків фізики, часом навіть не підозрюючи, скільки магнітів навколо нас. У наших квартирах десятки магнітів: в електробритвах, динаміках, магнітофонах, в годинах, у банках з цвяхами, нарешті. Самі ми - теж магніти: біоструми, що течуть у нас, народжують навколо нас химерний візерунок магнітних силових ліній. Земля, на якій ми живемо, - гігантський блакитний магніт. Сонце - жовтий плазмовий куля - магніт ще більш грандіозний. Галактик і туманності, ледь помітні телескопами, - незбагненні за розмірами магніти. Термоядерний синтез, Магнітодинамічному генерування електроенергії, прискорення заряджених частинок в синхротронах, підйом затонулих суден - все це області, де потрібні грандіозні, небачені раніше за розмірами магніти.
Проблема створення сильних, надсильних, ультрасільних і ще більш сильних магнітних полів стала однією з основних у сучасній фізиці і техніці. Навчившись виробляти і використовувати надпотужні технічні магніти для своїх потреб, люди поки не можуть упоратися з набагато більш слабкими природними магнітними полями, які нас вбивають. Вчені-геофізики буквально з дня на день очікують початку нового сплеску сонячної активності, а це значить - магнітні бурі, інфаркти, аварії, самогубства, масові божевілля. Добре б, щоб до того часу медики вже випробували ліки від магнітних бур.
Я вибрав цю тему з-за широкого використання магніту і магнітного поля в людському житті. Але в той же час на нас впливають «природні» магнітні поля, які від людини не залежать і завдають великої шкоди. Я вважаю, бути залежним здоров'ям від «якихось» невидимих ​​потоків - перспектива не найбільш вдала і підлягає розгляду. З цих причин я вибрав цю тему в якості своєї роботи. У своїй роботі я розповім про історію магніту й магнітного компаса, застосуванні магніту в різних середовищах людського життя, рідких магнітах, магнітному полі Землі і його збуреннях, електромагнетизмі і магнітному полі в речовині (магнетиках).
Історія магніту і магнітного компаса.
Перша історична згадка про магніті залишив нам Пліній. Він розповів, як якийсь пастух з острова Крит, сандалі якого були підковані залізом, звернув увагу, що до його взуття пристають якісь дрібні чорні камінчики, в достатку валялися на схилах гори Ідо. Пастуха звали Магніс, звідси природні магніти отримали свою назву. А може, все було і не так. Римський поет Лукрецій Кар вважав, що магніт зобов'язаний своєю назвою місцевості, де його знайшли. Ця місцевість у Малій Азії називалася Магнезія.
Китайці, нічого не знали ні про Магнезії, ні про грецьких пастухів в залізних сандалях, називали ці чорні камінчики «чу-ші», що можна перекласти як «люблячий камінь». Хід думок був простий: раз тягнеться - значить, любить. (До речі кажучи, людське мислення буває забавно паралельним: французькою мовою магніт називається «Еман» - «люблячий».)
Китайці - народ допитливий. Вони першими придумали, як можна практично використовувати магніти. Вони не винайшли компас, як багато хто думає, вони винайшли іграшку - югоуказатель. Невеликі фігурки з витягнутою рукою, постійно вказує на південь, ставилися ними не тільки на кораблі, але і на кінні вози. Це було чотири тисячі років тому. Громадяни величезної Піднебесної імперії жили досить замкнуто, тихо і мирно. Плавання здійснювали в основному каботажні - вздовж берега, по річках, і компас був китайцям не дуже-то потрібен. (Загальмованість китайці навіть винайдений порох примудрилися не використовувати для військових потреб - робили феєрверки та ракети.)
Інша справа - агресивна і невгамовна європейська цивілізація, вічно тягне на якісь пригоди. Їй компас був просто необхідний. Він був винайдений в Італії якимось Джойя приблизно 700 років тому. Тоді вже навчилися натирати природними магнітами сталеві голки, які стали першими штучними магнітами і які використовували як стрілок. Джойя забезпечив магнітну стрілку кругом з поділками. Прилад отримав назву «компассаре», що означає «вимірювати кроками».
Магнітний компас
Якщо стрижневий магніт, намагнічену голку або шматок магнітного залізняку закріпити так, щоб вони могли вільно повертатися в горизонтальній площині навколо вертикальної осі, то, як добре відомо, їх кінці будуть показувати на північ і південь.
Подібний інструмент називається компасом. Той кінець голки, який вказує на північ, був названий північним полюсом (його позначення N або С), протилежний кінець - південним полюсом (позначається S або Ю). Прототип першого компаса на рис.1.
Той факт, що різнойменні магнітні полюси притягуються одне до одного, може пояснити, чому стрілка компаса показує певний напрямок. Так як північний кінець стрілки вказує на північ, то, мабуть, десь у цьому напрямі має знаходитися протилежний магнітний полюс. Це ж можна сказати і щодо південного полюса. Але якщо ці полюси дійсно існують, то де ж вони знаходяться?
Протягом довгого часу вважалося, що джерелом магнітного тяжіння для компаса є Полярна зірка. Однак якби це було так, то напрямок стрілки компаса мало б змінюватиметься принаймні на 1 градус через кожні 12 годин, внаслідок видимого кругового руху Полярної зірки на небосхилі. Спостереження ж не показують повороту стрілки компаса протягом доби, так що це пояснення помилково.
Стрілочний компас
Це найпоширеніший вид магнітного компаса. Він часто застосовується в кишеньковому варіанті. У стрілочному компасі є тонка магнітна стрілка, встановлена ​​вільно у своїй середній точці на вертикальній осі, що дозволяє їй повертатися в горизонтальній площині. Північний кінець стрілки помічений, й відповідно до неї закріплена картушка. При вимірі компас необхідно тримати в руці або встановити на штативі так, щоб площина обертання стрілки була строго горизонтальна. Тоді північний кінець стрілки буде вказувати на північний магнітний полюс Землі. Компас, пристосований для топографів, являє собою пеленгаторний прилад, тобто прилад для вимірювання азимута. Він зазвичай забезпечений зоровою трубою, яку повертають до сполучення з потрібним об'єктом, щоб потім рахувати за картушка азимут об'єкта.
Рідкий компас
Рідинний компас, або компас з плаваючою картушка, - це найбільш точний і стабільний з усіх магнітних компасів. Він часто застосовується на морських суднах і тому називається судновим. Конструкції такого компаса різноманітні; в типовому варіанті він представляє собою наповнений рідиною «казанок», в якому на вертикальній осі закріплена алюмінієва картушка. По різні сторони від осі до картушка знизу прикріплені пара або дві пари магнітів. У центрі картушка є порожнистий напівсферичний виступ - поплавок, що послабляє тиск на опору осі (коли казанок наповнений компасної рідиною). Вісь картушка, пропущена через центр поплавця, спирається на кам'яний підп'ятник, що виготовляється зазвичай з синтетичного сапфіра. Підп'ятник закріплений на нерухомому диску з «курсової рисою». У нижній частині казанка є два отвори, через які рідина може переливатися в розширювальну камеру, компенсуючи зміни тиску і температури.
Картушка плаває на поверхні компасної рідини. Рідина, крім того, заспокоює коливання картушка, викликані хитавицею. Вода не годиться для суднового компаса, так як вона замерзає. Використовується суміш 45% етилового спирту з 55% дистильованої води, суміш гліцерину з дистильованою водою або Високочистий нафтової дистилят.
Казанок компаса відлитий із бронзи і забезпечений скляним ковпаком з ущільненням, що виключає можливість протікання. У верхній частині казанка закріплено азімутное, або пеленгаторное, кільце. Воно дозволяє визначати напрям на різні об'єкти щодо курсу судна. Казанок компаса закріплений у своєму підвісі на внутрішньому кільці універсального (карданного) шарніра, в якому він може вільно повертатися, зберігаючи горизонтальне положення, в умовах хитавиці.
Казанок компаса закріплюється так, що його спеціальна стрілка або мітка, звана курсової, або чорна лінія, звана курсової рисою, вказує на ніс судна. При зміні курсу судна картушка компаса утримується на місці магнітами, незмінно зберігають своє напрямок північ - південь. По зсуву курсової мітки або риси щодо картушка можна контролювати зміни курсу.
Чому компас показує напрямок з півночі на південь?
Той факт, що різнойменні магнітні полюси притягуються одне до одного, може пояснити, чому стрілка компаса показує певний напрямок. Так як північний кінець стрілки вказує на північ, то, мабуть, десь у цьому напрямі має знаходитися протилежний магнітний полюс. Це ж можна сказати і щодо південного полюса. Але якщо ці полюси дійсно існують, то де ж вони знаходяться?
C: \ Program Files \ Apache Software Foundation \ Apache2.2tdocs \ coolreferatnpack1 \ Local Settings \ Temp \ Rar $ DI00.764 \ Мої документи1kolumb.htmВ протягом довгого часу вважалося, що джерелом магнітного тяжіння для компаса є Полярна зірка. Однак якби це було так, то напрямок стрілки компаса мало б змінюватиметься принаймні на 1 градус через кожні 12 годин, внаслідок видимого кругового руху Полярної зірки на небосхилі. Спостереження ж не показують повороту стрілки компаса протягом доби, так що це пояснення помилково.
Застосування магнітів
По всьому вище сказаному ясно, що магніт - речі вельми цінний предмет і людству не обходимо. А інакше як - би люди подорожували? Але використання магніту тільки для визначення напрямку не закінчилося. У всіх галузях життя магніт - постійний супутник.
Електромашинні генератори та електродвигуни - машини обертального типу, перетворюють або механічну енергію в електричну (генератори), або електричну в механічну (двигуни). Дія генераторів засноване на принципі електромагнітної індукції: у проводі, що рухається в магнітному полі, наводиться електрорушійна сила (ЕРС). Дія електродвигунів засноване на тому, що на провід зі струмом, вміщений у поперечне магнітне поле, діє сила.
Магнітоелектричні прилади. У таких приладах використовується сила взаємодії магнітного поля зі струмом у витках обмотки рухомої частини, яка прагне повернути останню
Індукційні лічильники електроенергії. Індукційний лічильник представляє собою не що інше, як малопотужний електродвигун змінного струму з двома обмотками - струмового та обмоткою напруги. Проводить диск, поміщений між обмотками, обертається під дією крутного моменту, пропорційного споживаної потужності. Цей момент урівноважується струмами, що наводяться в диску постійним магнітом, так що частота обертання диска пропорційна споживаної потужності.
Електричні наручний годинник харчуються мініатюрної батарейкою. Для їх роботи потрібно набагато менше деталей, ніж у механічних годинниках; так, у схему типових електричних портативних годин входять два магніти, дві котушки індуктивності і транзистор.
Замок - механічне, електричне або електронний пристрій, що обмежує можливість несанкціонованого користування чим-небудь. Замок може приводитися в дію пристроєм (ключем), що є у розпорядженні певної особи, інформацією (цифровим або буквеним кодом), що вводиться цією особою, або будь-якої індивідуальної характеристикою (наприклад, малюнком сітківки ока) цієї особи. Замок зазвичай тимчасово з'єднує один з одним два вузли або дві деталі в одному пристрої. Найчастіше замки бувають механічними, але все більш широке застосування знаходять електромагнітні замки.
Магнітні замки. У циліндрових замках деяких моделей застосовуються магнітні елементи. Замок і ключ забезпечені відповідними кодовими наборами постійних магнітів. Коли в замкову щілину вставляється правильний ключ, він притягує і встановлює в потрібне положення внутрішні магнітні елементи замку, що і дозволяє відкрити замок.
Динамометр - механічний або електричний прилад для вимірювання сили тяги або крутного моменту машини, верстата або двигуна.
Гальмівні динамометри бувають самих різних конструкцій; до них відносяться, наприклад, гальмо Проні, гідравлічний і електромагнітний гальма.
Електромагнітний динамометр може бути виконаний у вигляді мініатюрного приладу, придатного для вимірювань характеристик малогабаритних двигунів.
Гальванометр - Чутливий прилад для вимірювання слабких струмів. У гальванометрі використовується обертаючий момент, що виникає при взаємодії подковообразного постійного магніту з невеликою токонесущей котушкою (слабким електромагнітом), підвішеною в зазорі між полюсами магніту. Обертаючий момент, а отже, і відхилення котушки пропорційні струму і повної магнітної індукції в повітряному зазорі, так що шкала приладу при невеликих відхиленнях котушки майже лінійна. Прилади на його базі - найпоширеніший вид приладів. Спектр приладів, що випускаються широкий і різноманітний: прилади щитові постійного і змінного струму (магнітоелектричної, магнітоелектрі-чеський з випрямлячем і електромагнітної систем), комбіновані прилади ампервольтомметри, для діагностування і регулювання електроустаткування автомашин, вимірювання температури плоских поверхонь, прилади для оснащення шкільних навчальних кабінетів, тестери та вимірювачі всіляких електричних параметрів
Виробництво абразивів - дрібних, твердих, гострих частинок, що використовуються у вільному або зв'язаному вигляді для механічної обробки (в т.ч. для надання форми, обдирання, шліфування, полірування) різноманітних матеріалів та виробів з них (від великих сталевих плит до листів фанери, оптичних стекол і комп'ютерних мікросхем). Абразиви бувають природні або штучні. Дія абразивів зводиться до видалення частини матеріалу з оброблюваної поверхні. У процесі виробництва штучних абразивів феросиліцій, присутній в суміші, осідає на дно печі, але невеликі його кількості впроваджуються в абразив і пізніше видаляються магнітом.
Магнітні властивості речовини знаходять широке застосування в науці і техніці як засіб вивчення структури різних тіл. Так виникли науки:   Магнетохімія (магнітохімія) - розділ фізичної хімії, в якому вивчається зв'язок між магнітними і хімічними властивостями речовин; крім того, магнітохімія досліджує вплив магнітних полів на хімічні процеси. магнітохімія спирається на сучасну фізику магнітних явищ. Вивчення зв'язку між магнітними і хімічними властивостями дозволяє з'ясувати особливості хімічної будови речовини. Магнітна дефектоскопія, метод пошуку дефектів, заснований на дослідженні спотворень магнітного поля, що виникають у місцях дефектів у виробах з феромагнітних матеріалів.
Техніка надвисокочастотного діапазону надвисоких частотний діапазон (НВЧ) - частотний діапазон електромагнітного випромінювання (100 - 300 млн. герц), розташований в спектрі між ультрависокими телевізійними частотами і частотами далекої інфрачервоної області
Зв'язок. Радіохвилі НВЧ-діапазону широко застосовуються в техніці зв'язку. Окрім різних радіосистем військового призначення, у всіх країнах світу є численні комерційні лінії НВЧ-зв'язку. Оскільки такі радіохвилі не йдуть за кривизною земної поверхні, а поширюються по прямій, ці лінії зв'язку, як правило, складаються з ретрансляційних станцій, встановлених на вершинах пагорбів або на радиобашня з інтервалами близько 50 км.
Термообробка харчових продуктів. НВЧ-випромінювання застосовується для термообробки харчових продуктів в домашніх умовах і в харчовій промисловості. Енергія, що генерується потужними електронними лампами, може бути сконцентрована в малому обсязі для високоефективної теплової обробки продуктів у т.зв. мікрохвильових або СВЧ-печах, що відрізняються чистотою, безшумністю і компактністю. Такі пристрої застосовуються на літакових бортових кухнях, у залізничних вагонах-ресторанах і торгових автоматах, де потрібні швидкі підготовка продуктів і приготування страв. Промисловість випускає також НВЧ-печі побутового призначення.
Швидкий прогрес в області НВЧ-техніки в значній мірі пов'язаний з винаходом спеціальних електровакуумних приладів - магнетрона і клістрона, здатних генерувати великі кількості НВЧ-енергії. Генератор на звичайному вакуумному тріоді, використовуваний на низьких частотах, в СВЧ-діапазоні виявляється вельми неефективним.
Магнетрон. У магнетроні, винайденому у Великобританії перед Другою світовою війною, ці недоліки відсутні, оскільки за основу взято зовсім інший підхід до генерації НВЧ-випромінювання - принцип об'ємного резонатора
У магнетроні передбачено кілька об'ємних резонаторів, симетрично розташованих навколо катода, що знаходиться в центрі. Прилад поміщають між полюсами сильного магніта.
Лампа біжучої хвилі (ЛБХ). Ще один електровакуумний прилад для генерації та посилення електромагнітних хвиль НВЧ-діапазону - лампа біжучої хвилі. Вона являє собою тонку відкачану трубку, що вставляється у фокусуючу магнітну котушку.
Прискорювач часток, установка, в якій за допомогою електричних і магнітних полів виходять направлені пучки електронів, протонів, іонів та інших заряджених частинок з енергією, значно перевищує теплову енергію.
У сучасних прискорювачах використовуються численні і різноманітні види техніки, в т.ч. потужні прецизійні магніти.
У медичній терапії та діагностиці у скорітелі грають важливу практичну роль. Багато лікарняні установи в усьому світі сьогодні мають у своєму розпорядженні невеликі електронні лінійні прискорювачі, генеруючі інтенсивне рентгенівське випромінювання, що застосовується для терапії пухлин. У меншій мірі використовуються циклотрони або синхротрони, генеруючі протонні пучки. Перевага протонів в терапії пухлин перед рентгенівським випромінюванням полягає в більш локалізованому енерговиділення. Тому протонна терапія особливо ефективна при лікуванні пухлин мозку і очей, коли пошкодження навколишніх здорових тканин повинно бути по можливості мінімальним.
Представники різних наук враховують магнітні поля у своїх дослідженнях. Фізик вимірює магнітні поля атомів і елементарних частинок, астроном вивчає роль космічних полів у процесі формування нових зірок, геолог за аномалій магнітного поля Землі відшукує поклади магнітних руд, з недавнього часу біологія теж активно включилася у вивчення та використання магнітів.
Біологічна наука першої половини XX століття впевнено описувала життєві функції, зовсім не враховуючи існування будь-яких магнітних полів. Більш того, деякі біологи вважали за потрібне підкреслити, що навіть сильне штучне магнітне поле не робить ніякого впливу на біологічні об'єкти.
В енциклопедіях про вплив магнітних полів на біологічні процеси нічого не говорилося. У науковій літературі всього світу щороку з'являлися поодинокі позитивні міркування про той чи інший біологічному ефекті магнітних полів. Однак цей слабкий струмочок не міг розтопити айсберг недовіри навіть до постановки самої проблеми ... І раптом струмочок перетворився на бурхливий потік. Лавина магнітобіологіческіх публікацій, немов зірвавшись з якою - то вершини, з початку 60 - х років невпинно збільшується і заглушає скептичні висловлювання.
Від алхіміків XVI століття і до наших днів біологічну дію магніту багато разів знаходило прихильників і критиків. Неодноразово протягом кількох століть спостерігалися сплески і спади інтересу до лікувального дії магніту. З його допомогою намагалися лікувати (і не безуспішно) нервові хвороби, зубний біль, безсоння, болі в печінці і в шлунку - сотні хвороб.
Для лікувальних цілей магніт став вживатися, ймовірно, раніше, ніж для визначення сторін світу.
Як місцеве зовнішній засіб і як амулет магніт користувався великим успіхом у китайців, індусів, єгиптян, арабів. ГРЕКІВ, римлян і т.д. Про його лікувальні властивості згадують у своїх працях філософ Арістотель і історик Пліній.
У другій половині XX століття широко поширилися магнітні браслети, благотворно впливають на хворих з порушенням кров'яного тиску (гіпертонія і гіпотонія).
Крім постійних магнітів використовуються і електромагніти. Їх також застосовують для широкого спектру проблем в науці, техніці, електроніці, медицині (нервові захворювання, захворювання судин кінцівок, серцево - судинні захворювання, ракові захворювання).
Більш за все вчені схиляються до думки, що магнітні поля підвищують опірність організму.
Існують електромагнітні вимірювачі швидкості руху крові, мініатюрні капсули, які за допомогою зовнішніх магнітних полів можна переміщати по кровоносних судинах щоб розширювати їх, брати проби на певних ділянках колії або, навпаки, локально виводити з капсул різні медикаменти.
Широко поширений магнітний метод видалення металевих частинок з ока.
Більшості з нас відомо дослідження роботи серця з допомогою електричних датчиків - електрокардіограма. Електричні імпульси, що виробляються серцем, створюють магнітне поле серця, яке в max значеннях становить 10 -6 напруженості магнітного поля Землі. Цінність магнітокардіографії в тому, що вона дозволяє отримати відомості про електрично "німих" областях серця.
Треба відзначити, що біологи зараз просять фізиків дати теорію первинного механізму біологічної дії магнітного поля, а фізики у відповідь вимагають від біологів побільше перевірених біологічних фактів. Очевидно, що успішним буде тісна співпраця різних спеціалістів.
Важливою ланкою, що поєднує магнітобіологіческіе проблеми, є реакція нервової системи на магнітні поля. Саме мозок першим реагує на будь-які зміни в зовнішньому середовищі. Саме вивчення його реакцій буде ключем до вирішення багатьох завдань магнітобіології.
Рідкий магніт
Ідея розмолоти залізо в такий дрібний порошок, який би не осідала в рідині - воді, гасі, маслі ... Тоді вийшла б магнітна рідина. Здійснити це вдалося лише в 60-х роках. Після цілого тижня розмелювання в кульовій млині добилися такого тонкого помелу порошку фериту, що, будучи засипаним в суміш гасу і олеїнової кислоти, він вже не осідала.
Це був перший рідкий магніт - важка чорно-бура рідина. Якщо до судини з такою рідиною піднести магніт, вона в буквальному сенсі лізе на стінку або здувається бугром. Розлиту на підлозі, її можна зібрати магнітом. Правда, краще для цього брати електромагніт. Його вимкнув - і рідина скла в підставлену ємність. А ось постійним магнітом рідко магнітну субстанцію краще не збирати: потім від магніту її нізащо не отскребешь.
Для чого? Наприклад, з підводного човна стирчить вал з гвинтом. Постає проблема з ущільненням, щоб забортна вода не проникала в машинне відділення. Замість сальників можна використовувати рідко магнітне ущільнення, трохи намагнітити вал в місці його виходу з корпусу човна.
Магнітну рідину на основі олії використовують як вічної мастила для намагнічених підшипників. Вона звідти вже не вилізе. Навпаки, захочеш - не виймеш.
Можна побудувати герметичний насос для перекачування агресивних або отруйних рідин. Замість поршня в трубці буде ходити туди-сюди жідкомагнітная «пробка». Зовнішній магніт рухає її, «пробка» штовхає в трубці перекачується рідина.
Ось ще. Затонув нафтоналивний танкер. На морі утворилася нафтова плівка. Як її зібрати? Розпорошити невелика кількість магнітної рідини, вона розчиниться в нафті, а потім нафта зібрати потужними електромагнітами.
Магнітне поле Землі і наслідок його збурень
Земля в цілому являє собою величезний кульовий магніт. Людство почало використовувати магнітне поле Землі давно. Вже на початку XII-XIII ст. набуває широкого поширення в мореплавстві компас. Однак у ті часи (як сказано й оскаржене вище) вважалося, що стрілку компаса орієнтує Полярна зірка і її магнетизм. Припущення про існування магнітного поля Землі вперше висловив в 1600 р. англійський натураліст Гільберт.
У будь-якій точці простору, що оточує Землю, і на її поверхні виявляється дія магнітних сил. Іншими словами, в просторі, що оточує Землю, створюється магнітне поле, силові лінії якого зображені на рис.3.
Магнітні та географічні полюси Землі не збігаються один з одним. Північний магнітний полюс N лежить в південній півкулі, поблизу берегів Антарктиди, а південний магнітний полюс S знаходиться в Північній півкулі, поблизу північного берега острова Вікторія (Канада). Обидва полюси безперервно переміщуються (дрейфують) на земній поверхні зі швидкістю близько 5 за рік через змінності породжують магнітне поле процесів. Крім того, вісь магнітного поля не проходить через центр Землі, а відстає від нього на 430 км. Магнітне поле Землі не симетрично. Завдяки тому, що вісь магнітного поля проходить всього під кутом в 11,5 градусів до осі обертання планети, ми можемо користуватися компасом.
Основна частина магнітного поля Землі, по сучасним поглядам, має внутриземное походження. Магнітне поле Землі створюється її ядром. Зовнішнє ядро ​​Землі рідке і металеве. Метал - проводить струм речовина, і якщо б існували в рідкому ядрі постійні течії, то відповідний електричний струм створював би магнітне поле. Завдяки обертанню Землі, такі течії в ядрі існують, тому що Земля в деякому наближенні є магнітним диполем, тобто своєрідним магнітом з двома полюсами: південним і північним.
Незначна частина магнітного поля (близько 1%) має неземне походження. Виникнення цієї частини приписують електричним струмів, поточним в провідних шарах іоносфери й поверхні Землі. Ця частина магнітного поля Землі схильна слабкому зміни з часом, який називається вікової варіацією. Причини існування електричних струмів у віковій варіації невідомі.
У ідеальному і гіпотетичному припущенні, в якому Земля була б самотня в космічному просторі, силові лінії магнітного поля планети розташовувалися таким же чином, як і силові лінії звичайного магніту зі шкільного підручника фізики, тобто у вигляді симетричних дуг, що протягнулися від південного полюса до північного. Щільність ліній (напруженість магнітного поля) падала б з видаленням від планети. На ділі, магнітне поле Землі знаходиться у взаємодії з магнітними полями Сонця, планет і потоків заряджених часток, що випускаються в достатку Сонцем. Якщо впливом самого Сонця і тим більше планет через віддаленості можна знехтувати, то з потоками частинок, інакше - сонячним вітром, так не вчиниш. Сонячний вітер є потоки мчаться зі швидкістю близько 500 км / с часток, що випускаються сонячною атмосферою. У моменти сонячних спалахів, а також у періоди освіти на Сонці групи великих плям, різко зростає число вільних електронів, які бомбардують атмосферу Землі. Це призводить до збурення струмів поточних в іоносфері Землі і, завдяки цьому, відбувається зміна магнітного поля Землі. Виникають магнітні бурі. Такі потоки породжують сильне магнітне поле, яке і взаємодіє з полем Землі, сильно деформуючи його. Завдяки своєму магнітному полю, Земля утримує в так званих радіаційних поясах захоплені частинки сонячного вітру, не дозволяючи їм проходити в атмосферу Землі і тим більше до поверхні. Частинки сонячного вітру були б дуже шкідливі для всього живого. При взаємодії згадуваних полів утворюється межа, по один бік якої знаходиться обурене (яке піддається змінам через зовнішніх впливів) магнітне поле часток сонячного вітру, по інший - обурене поле Землі. Цю кордон варто розглядати як межа навколоземного простору, кордон магнітосфери та атмосфери. Поза цією кордону переважає вплив зовнішніх магнітних полів. У напрямку до Сонця магнітосфера Землі сплюснута під натиском сонячного вітру і тягнеться всього до 10 радіусів планети. У протилежному напрямку має місце витягнутість до 1000 радіусів Землі.
Основна частина магнітного поля Землі виявляє аномалії в різних районах земної поверхні. Ці аномалії, мабуть, слід приписати присутності в земній корі феромагнітних (про магнітне поле в речовині буде розказано нижче) мас або відмінності магнітних властивостей гірських порід. Тому вивчення магнітних аномалій має практичне значення при дослідженні корисних копалин.
Існування магнітного поля в будь-якій точці Землі можна встановити за допомогою магнітної стрілки. Якщо підвісити магнітну стрілку NS на нитці l (рис.2) так, щоб точка підвісу співпадала з центром тяжіння стрілки, то стрілка встановиться у напрямку дотичної до силової лінії магнітного поля Землі.
Років сім тому сильна магнітна буря обрушилася на Землю. Тоді не пощастило Канаді, Квебеку. За дев'ятибальною штормовий шкалою буря досягла 8 балів. У Квебеку вийшла з ладу енергосистема всього міста. І цей випадок не єдиний. «Вилітали пробки» і в США, і в інших країнах. А вже про порушення радіозв'язку й не кажу - це стало притчею во язицех. Не дарма слов'яни називали Сонце Ярилом!
Спочатку тим, хто говорив про вплив магнітних бур на організм людини, не вірили. Над цими вченими сміялися, обурювалися, звинувачували в лженауки. Першим був осміяний Чижевський. Після нього, в 20-і роки нашого століття двоє французів, Фор і Сарду, також виявили залежність між магнітними бурями і серцево-судинними захворюваннями. За їх викладенням виходило, що в 85% можна побачити місць Франції число серцево-судинних хворих збільшувалася в моменти магнітних бур.
Серцево - судинна і кровоносна система
Під час магнітних бур спостерігається погіршення стану хворих, що страждають серцево-судинними захворюваннями, підвищується артеріальний тиск, ухудтшается коронарний кровообіг. Магнітні бурі викликають в організмі людини, що страждає захворюваннями серцево-судинної системи, загострення (інфаркт міокарда, інсульт, гіпертонічний криз і т.д.). Зараз, коли ми заздалегідь дізнаємося час настання магнітних бур, то можемо заздалегідь попередити ці загострення. Щоб уберегти організм людини від погіршення здоров'я, потрібно ще до настання несприятливої ​​погоди будь-якими способами зміцнювати здоров'я. Це досягається не тільки медикаментозними засобами.
Органи дихання
Магнітні бурі мають несприятливий вплив на хворих, що страждають захворюваннями органів дихання. Під дією магнітних бур змінюються біоритми. Стан одних хворих погіршується до магнітних бур, а інших - після. Пристосування таких хворих до умов магнітних бур дуже мала.
Центральна нервова система
Під час магнітних бур спостерігається погіршення стану людей, які страждають психічними захворюваннями. Збільшується число нещасних випадків і травматизму на транспорті. Центральна та вегетативна нервові системи дуже чутливі до геофізичним явищам.
Інші захворювання
Чим далі на Північ, тим інтенсивніше обуреність магнітного поля під час магнітних бур. І чим далі на Північ, тим сильніше вплив на стан здоров'я людей у ​​період магнітних бур. Зростає число передчасних пологів, токсикозів, в цей період найбільша захворюваність на рак, загострення очних хвороб.
Головне правило для того, щоб зберегти здоров'я полягає в тому, щоб підвищувати резервні можливості організму. Для того щоб не реагувати на метеоумови, необхідно постійно зміцнювати здоров'я, для чого користуватися не тільки медикаментозними засобами, але займатися фізкультурою, правильно організувати режим роботи і відпочинку, харчування.
Електромагнетизм
Відкриття електромагнетизму
У XVIII ст. електрику і магнетизм вважалися хоча і схожими, але все ж мають різну природу явищами. Правда, були відомі деякі факти, що вказують на існування начебто зв'язку між магнетизмом і електрикою, наприклад намагнічення залізних предметів в результаті ударів блискавки. Більше того, Франкліну вдалося нібито намагнітити шматок заліза за допомогою розряду лейденської банки. Все-таки відомі факти не дозволяли впевнено стверджувати, що між електричними і магнітними явищами існує зв'язок.
Таку зв'язок вперше виявив датський фізик Ханс Крістіан Ерстед (1777 - 1851) в 1820 р. Він відкрив дію електричного струму на магнітну стрілку.
Цікава історія цього відкриття. Ідею про зв'язок між електричними і магнітними явищами Ерстед висловив ще в першому десятилітті XIX ст. Він вважав, що в явищах природи, незважаючи на все їхнє різноманіття, є єдність, що всі вони пов'язані між собою. Керуючись цією ідеєю, він поставив перед собою завдання з'ясувати на досвіді, у чому цей зв'язок виявляється.
Ерстед відкрив, що якщо над провідником, спрямованим уздовж земного меридіана, помістити магнітну стрілку, яка показує на північ, і по провіднику пропустити електричний струм, то стрілка відхиляється на певний кут.
Після того як Ерстед опублікував своє відкриття, багато фізиків зайнялися дослідженням цього нового явища. Французькі вчені Біо і Савар постаралися встановити закон дії струму на магнітну стрілку, тобто визначити, як і від чого залежить сила, що діє на магнітну стрілку, коли вона поміщена близько електричного струму. Вони встановили, що сила, діюча на магнітний полюс (на кінець довгого магніту) з боку прямолінійного провідника зі струмом, спрямована перпендикулярно до найкоротшій відстані від полюса до провідника і модуль її назад пропорційний цього відстані.
Познайомившись з роботою Біо і Савара, Лаплас зауважив, що для розрахунку «магнітної» сили, тобто, кажучи сучасною мовою, напруженості магнітного поля, корисно розглядати дію дуже малих відрізків провідника зі струмом на магнітний полюс. З вимірювань Біо і Савара випливало, що якщо ввести поняття елементу провідника Δl, то сила ΔF, що діє з боку цього елемента на полюс магніту, буде пропорційна Δ F ~ (Δ l / r 2) sinθ -, де Δ l - елемент провідника, θ - кут, утворений цим елементом і прямої, проведеної з елемента Δ l в точку, в якій визначається сила, а r - найкоротша відстань від магнітного полюса до лінії, яка є продовженням елемента провідника.

Після того як було введено поняття сили струму і напруженості магнітного поля, цей закон стали записувати так:
де Δ H - напруженість магнітного поля, I - сила струму, а k - коефіцієнт, що залежить від вибору одиниць, в яких вимірюються ці величини. У міжнародній системі одиниць СІ цей коефіцієнт дорівнює 1/4π.
Новий найважливіший крок у дослідженні електромагнетизму був зроблений французьким вченим Андре Марі Ампером (1775 - 1836) в 1820г.
Роздумуючи над відкриттям Ерстеда, Ампер прийшов до абсолютно нових ідей. Він припустив, що магнітні явища викликаються взаємодією електричних струмів. Кожен магніт являє собою систему замкнутих електричних струмів, площини яких перпендикулярні осі магніту. Взаємодія магнітів, їх тяжіння і відштовхування пояснюються притяганням і відштовхуванням, існуючими між струмами. 3емной магнетизм також обумовлений електричними струмами, які протікають у земній кулі.
Ця гіпотеза вимагала, звичайно, досвідченого підтвердження. І Ампер виконав цілу серію дослідів для її обгрунтування.
Перші досліди Ампера полягали у виявленні сил, що діють між провідниками, по яких тече електричний струм. Досліди показали, що два прямолінійних провідника зі струмом, розташовані паралельно один одному, притягуються, якщо струми в них мають однаковий напрямок, і відштовхуються, якщо напрям струмів протилежно.
Ампер показав також, що виток зі струмом і спіралевидний провідник із струмом (соленоїд) ведуть себе як магніти. Два таких провідника притягуються і відштовхуються подібно до двох магнітним стрільцям.
Свої перші повідомлення про результати дослідів Ампер зробив на засіданнях Паризької академії наук восени 1820 Після цього він зайнявся розробкою теорії взаємодії провідників, по яких тече електричний струм.
Ампер вирішив в основу теорії взаємодії струмів покласти закон взаємодії між елементами струмів. Потрібно відзначити, що Ампер говорив уже не просто про взаємодію елементів провідників, як Біо і Савар, а про взаємодію елементів струмів, так як на той час вже виникло поняття сили струму. І це поняття ввів сам Ампер.
Дотримуючись поглядів того часу про подібність елементарних сил силам тяжіння, Ампер припустив, що сила взаємодії між елементами двох струмів буде залежати від відстані між ними і повинна бути спрямована по прямій, що з'єднує ці два елементи.
Провівши велику кількість дослідів з визначення взаємодії струмів в провідниках різної форми і по-різному розташованих один щодо одного, Ампер, врешті-решт, визначив шукану силу. Подібно силі тяжіння вона виявилася обернено пропорційною квадрату відстані між елементами електричних струмів. Але на відміну від сили тяжіння її значення залежало ще й від відносної орієнтації елементів струмів.
Формулу, яку отримав Ампер, я наводити не буду. Вона виявилася невірною, тому що він заздалегідь припустив, що сила взаємодії між елементами струмів повинна бути спрямована по прямій, що з'єднує ці елементи. Насправді ж ця сила спрямована під кутом до цієї прямої.
Однак внаслідок того, що Ампер проводив досліди із замкнутими постійними струмами, він отримував при розрахунках за своєю формулою правильні результати. Виявляється, що для замкнутих провідників формула Ампера призводить до тих самих результатів, що і виправлена ​​згодом формула, яка виражає силу взаємодії між елементами струмів, яка як і раніше носить назву закону Ампера.
Магнітне поле в речовині (магнетики)
Всі речовини при розгляді їхніх магнітних властивостей прийнято називати магнетиках, тобто вони здатні під дією магнітного поля набувати магнітний момент (намагнічуватися).
За своїм магнітним властивостям магнетики поділяються на три основні групи:
Діамагнетик;
парамагнетики;
феромагнетики.
Кількісною характеристикою намагніченого стану речовини служить векторна величина - намагніченість J. Я розгляну кожну групу окремо.
Діамагнетик
Діамагнетиками називаються речовини, які намагнічуються у зовнішньому магнітному полі в напрямку, протилежному напрямку вектора магнітної індукції поля (тобто в ньому зовнішнє магнітне поле незначно слабшає).
До діамагнетиках відносяться речовини, магнітні моменти атомів, молекул або іонів яких за відсутності зовнішнього магнітного поля дорівнюють нулю. Діамагнетиками є інертні гази, молекулярний водень і азот, цинк, мідь, золото, вісмут, парафін і багато інших органічні і неорганічні сполуки.
У разі відсутності магнітного поля діамагнетика немагнітен, оскільки в даному випадку магнітні моменти електронів взаємно компенсуються, і сумарний магнітний момент атома дорівнює нулю.
Оскільки діамагнітний ефект обумовлений дією зовнішнього магнітного поля на електрони атомів речовини, то діамагнетизм властивий усім речовинам.
Слід зазначити, що магнітна проникність у діамагнетиків μ <1. Ось, наприклад, у золота μ = 0,999961, у міді μ = 0,9999897 і т.д.
Парамагнетики
Парамагнетики - речовина, у якого вектор індукції власного магнітного поля, сонаправленний з вектором магнітної індукції зовнішнього (намагнічує) поля, менше його за модулем (тобто зовнішнє магнітне поле незначно посилюється).
У парамагнітних речовин при відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти електронів не компенсують один одного, і атоми (молекули) парамагнетиків завжди володіють магнітним моментом. Однак внаслідок теплового руху молекул їх магнітні моменти орієнтовані безладно, тому парамагнітні речовини магнітними властивостями не володіють. При внесенні парамагнетиків в зовнішнє магнітне поле встановлюється переважна орієнтація магнітних моментів атомів по полю (повної орієнтації перешкоджає тепловий рух атомів).
Таким чином, парамагнетик намагнічується, створюючи власне магнітне поле, що збігається за напрямом із зовнішнім полем і підсилює його.
При ослабленні зовнішнього магнітного поля до нуля орієнтація магнітних моментів внаслідок теплового руху порушується і парамагнетик розмагнічується.
Ось деякі парамагнітні речовини:
Алюміній μ = 1,000023;
Повітря μ = 1,00000038.
Феромагнетики
Феромагнетики - речовина, у якого вектор індукції власного магнітного поля, сонаправленний з вектором магнітної індукції зовнішнього (намагнічує) поля, значно перевищує його за модулем (зовнішнє магнітне поле значно збільшується).
Феромагнетики на відміну від слабомагнітних діа-і парамагнетиків є сильномагнітних середовищами: внутрішнє магнітне поле в них може в сотні і тисячі разів перевершувати зовнішнє поле.
Великий внесок в експериментальне вивчення властивостей феромагнетиків вніс Столетов. У своїй докторській дисертації він досліджував залежність намагніченості м'якого заліза від напруженості магнітного поля. Запропонований ним спосіб полягав у вимірі магнітного потоку у феромагнітних кільцях за допомогою балістичного гальванометра.
Феромагнітні матеріали у великій чи меншою мірою володіють магнітною анізотропією, тобто властивістю намагнічуватися з різним ступенем труднощі в різних напрямках.
Магнітні властивості феромагнітних матеріалів зберігаються до тих пір, поки їх температура не досягне значення, званого точкою Кюрі. При температурах вище точки Кюрі феромагнетик веде себе у зовнішньому магнітному полі як парамагнітне речовина. Він не тільки втрачає свої феромагнітні властивості, але у нього змінюється теплоємність, електропровідність і деякі інші фізичні характеристики.
Точка Кюрі для різних матеріалів різна:
◊ для заліза +770 0 С;
◊ для нікелю +365 0 С;
◊ для кобальту +1130 0 С.
При намагнічуванні феромагнетиків відбувається невелика зміна їх лінійних розмірів, тобто збільшення або зменшення їх довжини з одночасним зменшенням або збільшенням поперечного перерізу. Це явище називається магнітострикції, воно залежить від будови кристалічної решітки ферромагнетика.
У чому ж полягає природа феромагнетизму?
Згідно з уявленнями Вейсса (1865-1940), його описової теорії феромагнетизму, феромагнетики при температурах нижче точки Кюрі мають спонтанної намагніченістю незалежно від наявності зовнішнього що намагнічує поле. Однак це вносило певна суперечність, тому що багато феромагнітні матеріали при температурах нижче точки Кюрі не намагнічені.
Для усунення цього протиріччя Вейсс ввів гіпотезу, згідно з якою феромагнетик нижче точки Кюрі розбивається на велику кількість малих мікроскопічних (порядку 10 -3 - 10 -2 см.) областей - доменів, мимовільно намагнічених до насичення.
При відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти окремих атомів орієнтовані хаотично і компенсують один одного, тому результуючий магнітний момент ферромагнетика дорівнює нулю, тобто феромагнетик не намагнічене.
Зовнішнє магнітне поле орієнтує по полю магнітні моменти не окремих атомів, як в парамагнетик, а цілих областей спонтанної намагніченості. Тому із зростанням H намагніченість J (малюнок) і магнітна індукція B вже в слабких полях росте досить швидко.
Показане на рис.1 намагнічування такого зразка (феромагнетик) у магнітному полі, напруженість H якого повільно збільшується, відбувається за рахунок двох процесів: зміщення кордонів доменів і обертання магнітних моментів доменів.
Процес змішення кордонів доменів призводить до зростання розмірів тих доменів, що самостійно намагнічені в напрямках, близьких до напряму вектора H.
Процес обертання магнітних моментів доменів у напрямку H відіграє основну роль лише в області, близької до насичення (тобто при H близьких до H s).
Існування доменів у феромагнетиках доведено експериментально. Прямим експериментальним методом їхнього спостереження є метод порошкових фігур.
На ретельно відполіровану поверхню ферромагнетика наносяться водна суспензія дрібного феромагнітного порошку (магнетит). Частинки осідають переважно в місцях максимальної неоднорідності магнітного поля, тобто на кордонах між доменами. Тому що осів порошок окреслює межі доменів.
Подальший розвиток теорії феромагнетизму Френкелем і Гейзенбергом, а також ряд експериментальних фактів дозволили з'ясувати природу елементарних носіїв феромагнетизму.
На даний момент встановлено, що магнітні властивості феромагнетиків визначаються спіновими магнітними моментами електронів. Встановлено також, що феромагнітними властивості можуть володіти тільки кристалічні речовини, в атомах яких маються недобудовані внутрішні електронні оболонки з невідкомпенсованими спинами. У подібних кристалах можуть виникати сили, які змушують спінові магнітні моменти електронів орієнтуватися паралельно один одному, що і призводить до виникнення областей спонтанного намагнічування. Ці сили, називані обмінними, мають квантову природу - вони обумовлені хвильовими властивостями електронів.
Магнітотверді феромагнетики - феромагнетики, у яких залишкова намагніченість велика (тобто при дії сильного магнітного поля вони самі стають магнітами). Наприклад, сплав альнико.
Магнітом'які феромагнетики - феромагнетики, концентрують у собі зовнішнє магнітне поле і, поки воно діє, ведуть себе як магніти, але якщо зовнішнє поле зникає, вони не стають магнітами.
Експериментальні завдання
1. «Спостереження залежності намагнічування заліза від температури»
Обладнання: магніт дугоподібний, шпилька або голка, спиртівка або свічка.
Розташуємо дугоподібний магніт на край столу так, що б його полюси трохи виступали за край кришки столу. До одного з полюсів приставив сталеву шпильку або голку. Під дією магнітного поля вона намагнічується і розташується горизонтально між полюсами магніту. При піднесенні полум'я до голки вона починає нагріватися і вільний кінець опускається. При охолодженні шпильки вона займає початкове положення.
Поспостерігавши досвід, можна зробити висновок про те, що ферромагнетіческіе властивості речовини залежать від температури тіла.
2. «Спостереження дії магнітного поля на рухомі заряди».
Обладнання: осцилограф, магніти.
Осцилограф - прилад для демонстрації дії магнітного поля на рушійні заряди. Він працює таким чином: в основі стоїть електроннопроменева трубка, яка «стріляє» електронами. Ці електрони за допомогою регулювання концентруються в одну точку на екрані осцилографа. Підносячи магніт до екрану можна помітити відхилення точки (тобто сконцентрованих електронів). Підносячи інший полюс магніту точка відхиляється в протилежний від бік. Якщо збільшити силу магнітного поля в 2 рази, то помітимо що, точка відхиляється в 2 рази далі, ніж раніше. Цей досвід ще раз доводить, що напрямок електронів залежить від магнітного поля, в якому ці електрони перебувають. Це силу відкрив Д. Ленц, і назвали силою Ленца (FЛ) (Правило лівої руки).
Висновок
На закінчення хочу сказати, що я вибрав цю тему для реферату з-за її актуальності і довів це. Ні галузі прикладної діяльності людини, де б не застосовувалися магніти. Особливо користуються успіхом у людства генератори змінного струму і феромагнетики (це складові створення і розповсюдження струму по всі квартирах).
Феррити та вироби з них починаючи з моменту їх винаходу знайшли найбільш широке застосування в радіоелектроніці та обчислювальної техніки серед інших магнитомягких матеріалів. Крім того, що ферритові вироби в більшості випадків можуть ефективно замінити вироби з інших матеріалів, вони мають ряд унікальних фізико-хімічних, магнітних і електричних властивостей, не притаманних жодному іншому матеріалу.
Компас - найпростіше винахід, але в той же час найбільш потрібну, особливо на той момент великих географічних відкриттів. НВЧ - піч і багато іншого. А щоб було, якби не було всього цього ...?
Бібліографія
1. Бабич Е.А. та ін Технологія виробництва феритових виробів. М.: Вища школа, 1978
2. Детлаф А.А., Яворський Б.М. "Курс загальної фізики". - М.: Вища школа, 1989р.
3. Пасинків В.В., Сорокін В.С. Практичне використання магнітів, М.: Вища школа, 1986
4. Трофімова Т.І. Курс фізики ". - М.: Вища школа, 1998р.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
95кб. | скачати


Схожі роботи:
Електрика і магнетизм
Магнетизм обертання Франсуа Араго
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru