Постоянные магниты: исследование прилипаемости
Существует два основных типа магнитов: постоянные и временные...
Существует два основных типа магнитов: постоянные и временные. Начнём с постоянных, что вполне логично, поскольку, прежде чем люди смогли изобрести и использовать временные магниты, им сначала пришлось открыть постоянные.
Люди впервые столкнулись с магнитами примерно за 600 лет до нашей эры , когда был открыт минерал магнетит , природный магнит. Один из видов магнетита, магнитный железняк , обладает дополнительным свойством полярности : он ориентируется по магнитному полю Земли. Магнитный железняк сделал возможным изобретение компаса , который использовался в навигации уже в 1086 году.
В отличие от временных магнитов, постоянные (например, те, что на холодильнике) остаются на какое-то время (без каламбуров). Хотя они могут и не быть вечными, часто приходится прилагать усилия, чтобы их размагнитить . Их нельзя включать и выключать с помощью выключателя. Все постоянные магниты относятся к классу материалов, называемых ферромагнитными .
Другое важное различие между постоянными и временными магнитами заключается в том, как выглядят магнитные поля на атомном уровне. Это два совершенно разных явления.
Весь магнетизм сводится к электронам . В электромагнитах, которые мы обсудим через минуту, магнитные поля возникают в результате движения электронов по проводнику . В случае постоянных магнитов магнетизм создаётся вращением электронов, а не их движением по проводнику.
Вы знаете, что Земля — огромный магнит. Электроны же — крошечные магниты. У них тоже есть северный и южный полюса, и они вращаются вокруг своей оси. Это вращение создаёт очень слабое, но чрезвычайно мощное магнитное поле. Каждый электрон может иметь одну из двух возможных ориентаций своей оси.
Большинство материалов либо обладают естественной намагниченностью, либо могут быть магнитными. В большинстве материалов атомы расположены таким образом, что магнитная ориентация одного электрона нейтрализует ориентацию другого.
Однако железо и другие ферромагнитные вещества отличаются. Их атомный состав таков, что меньшие группы атомов объединяются в области, называемые доменами , в которых все электроны имеют одинаковую магнитную ориентацию. Внутри каждого из этих доменов электроны ориентированы в одном направлении. Однако железо не обладает магнитными свойствами, поскольку сами домены не выровнены.
Однако если поместить этот кусок железа в магнитное поле, все домены начнут указывать в одном направлении. Результат? Магнит! Постоянный магнит — это не что иное, как объект, в котором все домены ориентированы в одном направлении. В мире существует только четыре элемента, которые являются ферромагнитными при комнатной температуре и могут стать постоянно намагниченными: железо, никель, кобальт и гадолиний . (Пятый элемент, диспрозий , становится ферромагнитным при низких температурах.)
Ваш новый магнит может оставаться намагниченным довольно долго, в зависимости от материала, из которого он сделан. Например, чистое железо сохраняет намагниченность всего несколько минут, хотя намагниченность многих железных сплавов гораздо более «постоянна». Керамика и альнико (комбинация алюминия, никеля и кобальта) — два распространённых типа постоянных магнитов. Но ещё больше постоянных магнитов могут потерять свою магнитность, например, если сильно ударить молотком, чтобы сбить выровненные домены. Когда речь идёт о магнитах, «постоянный» не обязательно означает «навсегда»!
