Що є джерелом магнітного поля? Джерело магнітного поля Землі

Магнітне поле - дуже цікаве явище. В даний час його властивості знайшли застосування у багатьох областях. А чи знаєте ви, що є джерелом магнітного поля? Прочитавши статтю, ви дізнаєтеся про це. Крім того, ми розповімо про деякі факти, пов'язані з магнетизмом. Для початку звернемося до історії.

Трохи історії

Магнетизм і електрика - це аж ніяк не два різних явища, як помилково вважалося довгий час. Їх взаємозв'язок стала зрозумілою лише в 1820 р., коли датський вчений Ганс Крістіан Ерстед (1777-1851 рр) показав, що поточний по дроту електричний струм відхиляє стрілку компаса. Струм завжди створює магнітне поле. При цьому не важливо, де він протікає між хмарою і землею у вигляді блискавки або в м'язи нашого тіла.
Ще в давні часи люди намагалися з'ясувати, що є джерелом магнітного поля. Більш того, зроблені відкриття застосовувалися на практиці. Магнетизм спостерігали і використовували (особливо для цілей навігації) за тисячі років до того, як була з'ясована природа електрики, і воно знайшло практичне застосування. Лише коли стало відомо, що речовина складається з атомів, було, нарешті, встановлено, що магнетизм і електрика взаємопов'язані. Де б не спостерігався магнетизм, там завжди повинен бути присутнім і якийсь електричний струм. Однак це відкриття було лише початком нових досліджень. Чим же визначається прояв магнітних властивостей матеріалів у відсутність якого-небудь зовнішнього джерела струму? Рухом електронів, що створюють електричні струми усередині атомів. Цей тип магнетизму ми і будемо тут розглядати. Джерело вихрового магнітного поля (змінний струм) ми коротко охарактеризували.

Магнетит та інші матеріали

Властивість притягувати залізо і залізовмісні матеріали спостерігається в природі в одного цікавого мінералу. Мова йде про магнетит, одному з хімічних сполук заліза. Ймовірно, якась його різновид застосовувалася в перших компасах, винайдених китайцями. Джерелом виникнення магнітного поля є не тільки цей мінерал. Деяким матеріалам також відносно просто навмисно повідомити необхідні властивості. Серед них найбільш відомі залізо і сталь. І той, і інший матеріал легко стає джерелом магнітного поля.

Постійні магніти

Речовини, притягає залізо, утворюють особливий клас. Їх називають постійними магнітами. Незважаючи на назву, вони здатні зберігати необхідні властивості тільки протягом обмеженого часу. Постійний магніт у формі бруска демонструє силу земного магнетизму. Якщо він може вільно рухатися, то один його кінець завжди повертається у напрямку Північного полюса Землі, а інший - в напрямку Південного. Два кінця магніту називаються північним і південним полюсами відповідно. Магніти можуть мати практично будь-яку форму: бруска, підкови, кільця або більш складну. Вони використовуються в електровимірювальних приладах. Полюси магнітів позначають так: N (північний) і S (південний). Поговоримо про те, як вони взаємодіють.

Притягування і відштовхування

Різнойменні магнітні полюси притягуються. Це нам відомо ще зі школи. Притягаючи якийсь інший матеріал, магніт спочатку перетворює його в слабкий магніт. Однойменні полюси відштовхуються (хоча це не настільки очевидно, як тяжіння). Випробовуючи вплив магніту, залізо і сталь самі стають магнітами, купуючи протилежну полярність. Саме тому вони притягуються до нього. Але якщо два однакових магніту з рівними «зарядами» встановити близько один до одного однойменними полюсами, що ж станеться? Спостерігається сила відштовхування буде дорівнює силі тяжіння, яка діє між двома різнойменними полюсами, встановленими на те ж відстані один від одного.
Впливу магнетизму схильні не тільки залізовмісні матеріали. Однак магнітні явища легше всього спостерігати в чистих металах. Це, наприклад, залізо, нікель, кобальт.

Домени

Метали, які можуть стати джерелом магнітного поля, складаються з маленьких магнітиків, розташованих випадковим чином всередині речовини. Вони однаково орієнтовані лише на малих ділянках, називаних доменами, які можна побачити через електронний мікроскоп. У ненамагниченном речовині, оскільки самі домени також орієнтовані там в різних напрямках - магнітне поле дорівнює нулю. Отже, ніякі магнітні властивості в цьому випадку не спостерігаються. Таким чином, речовина набуває необхідні властивості лише при певних умовах. Процес намагнічування полягає в тому, що всі домени змушують вибудовуватися в одному напрямку. Коли вони повернені належним чином, їх дії складаються. Речовина в цілому стає джерелом магнітного поля. Якщо всі домени вишикувалися точно в одному напрямку, матеріал досягає межі своїх магнітних здібностей. Слід зазначити одну важливу закономірність. Намагніченість матеріалу в кінцевому рахунку залежить від намагніченості доменів. А вона, в свою чергу, визначається тим, як розташовані всередині доменів окремі атоми.

Магнітне поле Землі

Магнітне поле Землі вже давно точно виміряно і описано, однак досі його не вдалося повністю пояснити. Дуже спрощено його можна уявити так, як ніби між Північним і Південним географічними полюсами розташований якийсь простий плоский магніт. Це і викликає деякі з спостережуваних ефектів. Але це не пояснює ні вельми незвичайних змін інтенсивності і навіть напряму магнітних силових ліній над земною поверхнею, ні того, чому мільйони років тому розташування магнітних полюсів було протилежно нинішньому, ні того, чому вони, хоча і повільно, постійно рухаються. Таким чином, все дещо складніше.

Модель магнітного поля Землі

Опишемо кілька докладніше її спрощений варіант. Уявімо в центрі Землі довгий плоский магніт, який буде джерелом магнітного поля. Що ще необхідно врахувати? Магнітні речовини на поверхні земної кулі повинні бути розташовані так, щоб їх полюс, що вказує на північ, повернувся в ту сторону, яку ми називаємо північної (насправді до південного полюса уявного магніту), а інший полюс - на південь (північний полюс магніту). Розуміння складних фізичних процесів викликає деякі труднощі. І земний магнетизм, і магнетизм маленьких шматочків заліза легше пояснити, припускаючи, що магнітні силові лінії (часто іменовані лініями магнітного потоку) виходять з північного кінця магніту, а входять у південний. Це досить довільне уявлення, що застосовується тільки заради зручності, подібно до того, як використовуються лінії широти і довготи, намальовані на карті. Однак воно допомагає нам зрозуміти, який джерело магнітного поля Землі. Силові лінії простого плоского магніту, проходячи від одного полюса до іншого й охоплюючи весь магніт, утворюють щось подібне до циліндра. Силові лінії однакового напрямку як би відштовхуються. Вони завжди починаються в полюсі одного типу і закінчуються в полюсі іншого типу і ніколи не перетинаються.

На закінчення

Отже, ми розкрили тему "Джерело виникнення магнітного поля". Як ви бачите, вона досить обширна. Ми розглянули лише основні поняття, що стосуються цієї теми.