Магнітні властивості речовин. Гіпотеза Ампера »storinka.click

Причину, чому тіла мають магнітні властивості, вперше встановив французький вчений Андре Марі Ампер. Під враженням від спостереження за магнітною стрілкою, яка повертається поблизу провідника зі струмом в дослідах Ерстеда, він припустив, що магнетизм Землі викликають струми, які відбуваються всередині земної кулі. Отже, магнітні властивості тіла можна пояснити струмами, циркулюючими всередині даного тіла. Далі Ампер робить узагальнення: магнітні властивості будь-якого тіла визначаються замкнутими електричними струмами всередині нього. Свідченням наукової сміливості Ампера вважається його крок від можливості пояснення магнітних властивостей тіл струмами до категоричного твердження, що магнітні взаємодії - це взаємодії струмів.

Відповідно до гіпотези Ампера, всередині молекул і атомів циркулюють елементарні електричні струми, які утворюються внаслідок руху електронів в атомах, кожен атом має магнітні властивості. Якщо атоми всередині тіла орієнтовані хаотично внаслідок теплового руху, то дії внутрішньоатомних струмів взаємно компенсуються, і магнітних властивостей тіло не виявляє (рис. 25, а). У намагніченому стані елементарні струми в тілі орієнтовані так, що їх дії підсумовуються (рис. 25, б).

Гіпотеза Ампера пояснює, чому магнітна стрілка і рамка зі струмом в магнітному полі поводяться однаково. Стрілку (постійний магніт) можна розглядати як велику складну сукупність невеликих рамок з струмом, орієнтованих однаково.

У феромагнетиках (речовинах, до складу яких входять Fe, Со, Ni та ін.) Елементарні магнітики-атоми утворюють ділянки спонтанної (довільної) намагніченості (з лінійними розмірами 0,001-0,01 мм), які називають доменами. У доменах розміщується безліч однаково орієнтованих атомів, тому намагніченість домену максимальна. У ненамагніченого ферромагнетике сусідні домени розташовані таким чином, що їх намагніченості взаємно компенсуються (рис. 26, а). Якщо зразок такого феромагнетика помістити в магнітне поле постійного магніту або всередині котушки зі струмом, то під впливом зовнішнього магнітного поля атоми в різних доменах переважно починають орієнтуватися так, що напрямок їхнього магнітного поля поєднується з напрямком зовнішнього (рис. 26, б). При цьому магнітне поле всередині зразка може збільшитися тисячократно (рис. 26, в). Кажуть, що зразок став магнітом.

Якщо постійний магніт нагрівати, то при певній температурі (для заліза 769 ° С) домени руйнуються і його намагніченість втрачається.

Температуру, при якій ферромагнетик втрачає намагніченість, називають температурою, або точкою, Кюрі на честь видатного французького фізика Фредеріка Жоліо-Кюрі, який відкрив і досліджував це явище.

Магнітні властивості речовин широко застосовуються. Одним з цікавих прикладів використання дії магнітного поля на речовину є «омагнічування» води. Така вода не створює накипу в парових котлах, що дозволяє використовувати її без додаткової хімічної обробки. Бетон, замішаний на такій воді, міцніше. Явище посилення магнітного поля магнітними речовинами (феромагнетиками) застосовується в різних електротехнічних пристроях: електромагнітних кранах, реле, електродвигунах, трансформаторах. Для цього використовують спеціальні сорти електротехнічної сталі.

Важко уявити собі сучасну електроніку без елементів, виготовлених з штучних феромагнетиків - феритів. З них виготовляють антени, сердечники коливальних контурів і трансформаторів. Поширені ферритові постійні магніти.

Без магнітних матеріалів важко уявити методи запису інформації. Типовим прикладом пристрою для запису на магнітну плівку був магнітофон. У ньому використовували спеціальну плівку, покриту тонким шаром феромагнітного матеріалу. Змінний електричний струм від підсилювача підходив до записуючої голівки - котушці з феромагнітним сердечником, в якому була вузька щілина. При проходженні змінного струму по котушці в щілини головки виникало змінне магнітне поле, магнітна індукція якого також змінювалася. Сьогодні інформація в комп'ютері зберігається на жорстких магнітних дисках. Це металеві диски, з нанесеним шаром речовини, що має магнітні властивості.

Магнітні лікарські препарати містять магнітний наповнювач. Створення таких препаратів є новим перспективним науковим напрямком розвитку сучасної фармакології. Серед них можна виділити рідини, мікрокапсули, пластирі, мазі.

Існує кілька напрямків використання магнітних рідин в медицині і фармакології: магнітокеровані ренгенокон-трастние композиції; штучні тромби і магнітні рідини для закриття зовнішніх свищів порожнистих органів; магнітокерованих

транспортування лікарських речовин; магнітні рідини для виготовлення штучних органів; визначення швидкості кровообігу і мікроциркуляції; магнітогідродинамічна сепарація формених елементів крові, нормальних і злоякісних клітин та ін. Магнітні мікрокапсули - це мікроконтейнери, в які одночасно з лікарською речовиною вводять частинки магнітних матеріалів. Використовуються магнітні мікроконтейнери, куди разом з лікарськими речовинами вводять частинки магнетиту, для доставки лікарських речовин в еритроцити. Магнітні пластирі отримують шляхом введення магнітного наповнювача в масу пластиру, що містить додаткові та лікарські речовини протизапальної та болезаспокійливого дії. Використання магнітних пластирів ефективно при лікуванні різних захворювань. Лікувальні магнітні мазі використовують для лікування в гастроентерології та офтальмохірургії.

ПИТАННЯ ДО ВИВЧЕННЯ

1. Яке, на вашу думку, значення гіпотези Ампера для науки?

2. Які властивості мають магнітні речовини?

3. Назвіть основні галузі, де використовують магнітні речовини.

ЗАВДАННЯ І ВПРАВИ

вирішуємо разом

1. Чи можна виготовити магніт з одним полюсом?

Відповідь: ні, оскільки магніт може мати тільки парне число полюсів (2, 4, 6 і т. Д.).

2. Згадайте, як взаємодіють магніти, і поясніть, де розташовані магнітні Північний і Південний полюси Землі.

Відповідь: в Північній півкулі все магнітні силові лінії Землі сходяться в точці, розташованій на 70 ° 50 'північної широти і 96 ° західної довготи. Ця точка і є Південним магнітним полюсом Землі. Північний магнітний полюс розташований в Південній півкулі. Його координати: 70 ° 10 'південної широти і 150 ° 45' східної довготи.

3. Як за допомогою магнітної стрілки визначити, намагнічена чи сталева спиця?

Відповідь: необхідно піднести кінець спиці до середини стрілки. Якщо стрілка притягається, то спиця намагнічена.

рівень А

1. Назвіть і перевірте на дослідах, які з перерахованих речовин або предметів притягуються магнітом: а) деревина (олівець); б) папір; в) залізо (цвях, скріпка, гвинт); г) скло; д) алюмінієвий і мідний дроти; е) сталевий циркуль.

2. До магніту, підвішеного на нитці (рис. 27), наближають другий магніт. Як вони будуть взаємодіяти?

3. Поясніть результати дослідів, зображених на малюнках 28-29.

4. Розгляньте малюнок 30. З якою метою використовували магніт?

5. Чому до магніту притягуються ненамагніченого залізні цвяхи?

6. Чи будуть правильними показання компаса всередині автобуса?

7. Чому залізничні рейки, довго пролежали на складі, намагнічуються?

рівень Б

8. Чому при нагріванні магніт втрачає магнітні властивості?

9. Дві голки підвісили на нитки. Коли до них наблизили магніт, вони почали відштовхуватися один від одного (рис. 31). Чому?

10. Залізні тирсу притягнулися до полюса магніту. Чому з них на полюсі утворюються «пензлика», в яких окремі тирса відштовхуються одна від одної?

11. Намалюйте, як зберігати два смугових магніту в коробочці. Проставте полюса.

12. Чому для кращого збереження підковоподібний магніт замикають залізної платівкою (якорем)?

13. Чому на поверхні намагніченою деталі, покритої мильною водою з залізним порошком, в тих місцях, де ззовні або всередині з'являються тріщини, концентрується залізний порошок?

14. Чому корпус компаса виготовляють з міді, алюмінію, пластмаси, а не з заліза?

15. Розгляньте компас. Вивчіть його пристрій. Покладіть компас на стіл або підставку горизонтально (стрілка повинна вільно переміщатися). Відсуньте від нього магнітні речовини (предмети). Повертаючи компас (у горизонтальному положенні), визначте північну (N), південну (S), західну (ТУ) і східну (Е) сторони світу. В якій стороні світла щодо вас розташований ваш будинок, головна вулиця села або міста, сусіднє село чи місто?

ЦЕ ЦІКАВО ЗНАТИ

У північноамериканських преріях зростає невелика рослина - сільфіум, яке називають «живим магнітом». Його широке листя розміщені в одній площині, немов їх щойно вийняли з-під преса, і завжди орієнтовані ребрами на північ-південь, широкою стороною - на захід-схід. Для мандрівників сільфіум служить надійним компасом. Опівдні листя рослини розгорнуті ребром до сонця. Ця незвичайна особливість захищає рослину від спекотних сонячних променів і надмірного випаровування вологи.

В Україні найпоширеніша «компасний» рослина - латук дикий, або латук компасний.

Магнітне поле Землі є орієнтиром для равликів. Якщо на шляху молюска покласти магніт, дія якого сильніше впливу магнітного поля Землі, то, повертаючи магніт в ту чи іншу сторону, можна змінювати напрямок руху равлики. Відомо, що навіть мухи певною мірою відчувають магнітне поле Землі. Німецький вчений Е. Гюнтер зауважив, що в 90 випадках зі ста вони сідають на горизонтальну поверхню точно в напрямку північ-південь чи схід-захід. Таку ж особливість він виявив у хрущів і термітів.

Це матеріал підручника Фізика 9 клас Сиротюк