Как возникает магнетизм

     Все вещества состоят из атомов, внутри которых находятся электроны, обладающие электрическим зарядом. Их движение связано с возникновением магнитных свойств — каждый электрон можно рассматривать как крошечный магнит.

     В большинстве веществ магнитные эффекты электронов направлены в разные стороны и компенсируют друг друга. Поэтому такие материалы практически не проявляют магнитных свойств.

     У железа, никеля и кобальта электроны могут ориентироваться преимущественно одинаково. Внутри таких материалов существуют небольшие области — магнитные домены, в которых магнитные моменты атомов направлены согласованно.

Как металл становится магнитом

     Чтобы намагнитить ферромагнитный материал, его помещают во внешнее магнитное поле. Под его воздействием домены начинают ориентироваться преимущественно в одном направлении. Чем больше доменов выстраивается согласованно, тем сильнее магнитные свойства материала.

     Постоянные магниты имеют два полюса — северный и южный. Разноименные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются. Разделить магнит на отдельные полюса невозможно: после разлома каждый кусок снова будет иметь северный и южный полюса.

Электромагниты

     Магнитное поле возникает и при прохождении электрического тока по проводнику. Если свернуть провод в катушку и пропустить через него ток, вокруг нее появится магнитное поле. Железный сердечник внутри катушки значительно усиливает его.

     Такая конструкция называется электромагнитом. Его главное преимущество — возможность управлять магнитным полем с помощью электрического тока. Электромагниты применяются в реле, электродвигателях, подъемных механизмах и других устройствах.

Геомагнитное поле Земли

     Землю можно представить как огромный магнит. Ученые связывают возникновение ее магнитного поля прежде всего с движением расплавленного электропроводящего вещества во внешнем ядре планеты. Эти движения создают электрические токи, формирующие магнитное поле Земли.

Магнитные полюса не совпадают точно с географическими и постепенно меняют свое положение.

Как породы сохраняют информацию о магнитном поле

     Следы древнего магнитного поля сохраняются в горных породах. Когда лава остывает, содержащиеся в ней магнитные минералы ориентируются под воздействием магнитного поля Земли. После охлаждения это направление фиксируется.

     Изучение такой намагниченности помогает ученым исследовать древнее магнитное поле и движение литосферных плит. Породы также свидетельствуют о том, что магнитные полюса Земли неоднократно менялись местами. Такие события называют инверсиями геомагнитного поля.

Компас и магнитное поле Земли

     Магнитное поле Земли используется для навигации. Свободно вращающаяся стрелка компаса ориентируется вдоль магнитного поля, позволяя определить направление на магнитный север.

     При этом магнитный и географический север не совпадают, поэтому показания компаса могут отличаться от направления на географический полюс.

Магнитосфера — защита Земли

     Магнитное поле формирует вокруг Земли магнитосферу — область, взаимодействующую с солнечным ветром, то есть потоком заряженных частиц от Солнца.

     Магнитосфера отклоняет значительную часть этих частиц и помогает защищать планету и ее атмосферу. Под воздействием солнечного ветра она сжата со стороны Солнца и вытянута в противоположном направлении, образуя магнитный хвост.

     Часть заряженных частиц проникает в верхние слои атмосферы, особенно вблизи магнитных полюсов. При столкновении с атомами и молекулами газов выделяется энергия в виде света — так возникают полярные сияния.

Северное и южное сияние

     Северное сияние чаще наблюдается в высоких широтах Северного полушария — например, на севере Канады, Аляске, в Скандинавии и северных районах России.

     В Южном полушарии это явление называют южным сиянием. Его можно увидеть в Антарктиде и некоторых южных районах Австралии и Новой Зеландии.

     Цвет сияния зависит от взаимодействия заряженных частиц с различными газами атмосферы. Например, кислород может давать зеленоватое или красноватое свечение.

Интересные факты

🧭 Животные и магнитное поле

     Некоторые животные способны чувствовать магнитное поле Земли. Эта способность называется магниторецепцией. Она обнаружена у птиц, рыб, насекомых и других животных. Например, перелетные птицы используют магнитное поле для ориентации, а лосось — во время миграций.

     Ученые считают, что разные животные могут воспринимать магнитное поле с помощью различных биологических механизмов.

🌌 Полярные сияния на других планетах

     Полярные сияния возникают не только на Земле. Подобные явления наблюдаются на других планетах, обладающих магнитным полем и атмосферой, например на Юпитере и Сатурне.

     Таким образом, магнетизм проявляется на самых разных масштабах — от движения электронов внутри атомов до магнитного поля целой планеты.