К северу от юга
У всех дома есть холодильник. На его дверцах часто висят памятные сувениры из разных мест. Но далеко не каждый может ответить, как они там держатся и почему не падают.
Все это связано с магнитными явлениями. Сейчас ученые пришли к выводу, что магнитными свойствами обладают все вещества. У одних эти свойства сильнее, а у других — слабее.
Согласно современным представлениям, магнитное поле присуще не самим веществам, а движущимся зарядам внутри них. В веществе к таковым относятся электроны атомов, электроны проводимости металлов, нуклоны атомных ядер. И именно они обладают собственным магнитным полем.
Но для появления намагниченности необходимо и действие внешнего магнитного поля. Оно может создаваться, к примеру, с помощью катушки с проводом, по которому течет электрический ток, или природными постоянными магнитами, имеющими собственное магнитное поле.
По способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля вещества делятся на три типа:
- ферромагнетики, которые обладают самопроизвольной намагниченностью, из-за чего в результате усиливают действие внешнего магнитного поля (это, к примеру, железо, никель, кобальт и их сплавы);
- парамагнетики, которые сами по себе не намагничены и слабо намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении поля (к таким веществам относятся алюминий, платина и др.);
- диамагнетики, которые не намагничены и не способны сохранить намагниченность (к примеру, серебро, золото, медь и др).
В результате сувенирные магниты притягиваются к стальной дверце холодильника, потому что поверхность сувенира становится источником магнитного поля, а дверцы холодильника сделаны из стали, которая проявляет свойства ферромагнетиков. Но если приложить тот же магнит к деревянной дверце — ничего не произойдет, поскольку древесина такими свойствами не обладает.
А еще у любого магнита есть два полюса, которые условно назвали "северный" и "южный". Если магниты сталкиваются с одноименными полюсами (север — север или юг — юг), то они отталкиваются, а разноименные — притягиваются.
Действие магнитного поля на Земле и в космосе
Все объекты во Вселенной окружены магнитными полями — они есть как на Земле, так и в космосе. В космосе магнитное поле служит стабилизатором для спутников и вообще помогает решить проблему отсутствия гравитации. Так, постоянные магниты помогают космонавтам удерживать столовые приборы на подносе во время еды.
У Земли есть свое магнитное поле, которое создается за счет движения потока заряженных частиц во внешнем ядре планеты. Оно спасает Землю от солнечной радиации — магнитосфера нашей планеты отклоняет элементы, обладающие электрическим зарядом.
Для людей это не заметно, но есть прибор, который наглядно демонстрирует наличие у Земли магнитного поля, — компас. Его стрелка — это намагниченный металл, который ориентируется вдоль магнитного поля планеты, свободно вращается и указывает на север.
Магнитное поле Земли влияет и на обитателей планеты. Некоторые животные используют его для ориентации в пространстве — это явление называется магниторецепцией. Такой способ геолокации освоили в совершенстве черепахи: ученые поместили новорожденных животных в бассейн с искусственно созданным магнитным полем. При большем наклоне черепашки стремились на "южную" сторону бассейна, при меньшем — на "северную".
Различные исследования проводились и с другими животными:
- акулами;
- скатами;
- перелетными птицами.
У последних были выявлены слабые электрические токи при поворотах головы, которые также позволяют ощущать напряженность магнитного поля. Благодаря этой способности животные мигрируют на дальние расстояния и ориентируются в пространстве лучше человека с компасом.
От МРТ до поездов
Магниты активно используют в повседневной жизни и технологиях. Люди применяют их, чтобы упростить процессы и сделать жизнь более удобной. К примеру:
- Магниты присутствуют в современных устройствах. В динамиках телефона или компьютера находятся постоянный магнит и звуковая катушка, которая прикреплена к мембране. Когда по катушке проходит аудиосигнал, мембрана создает переменное магнитное поле. Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, и катушка начинает двигаться. Движения передаются мембране, которая создает звуковые волны за счет колебания воздуха, — так и возникает звук.
- В медицине тоже используются магниты — к примеру, в магнитно-резонансной томографии. Технология работает так: магниты внутри аппарата МРТ создают сильное магнитное поле. Под его действием протоны атомов водорода выстраиваются вдоль направления этого поля — их магнитные оси ориентируются в определенном порядке. Затем прибор посылает радиоволны, изменяя их состояние. Возвращаясь назад, атомы посылают сигналы, которые превращаются в детальные изображения внутренних органов. Технологии обеспечивают точную и безопасную диагностику.
- Применение магнитам нашли и в транспортных средствах. В Японии построили маглевы — поезда, которые двигаются благодаря им. Такой принцип называется "магнитная левитация". Сильные магниты с разными полюсами устанавливают в поезде и на путях, из-за чего они отталкиваются друг от друга. Магнитное поле создает тягу и ускорение вдоль путей, притягивая и отталкивая магнитные элементы по очереди, а сам поезд "парит" над рельсами. Благодаря отсутствию трения маглевы достигают скорости более 600 км/ч, а их движение становится бесшумным и плавным.
