Удивительные факты о магнитах.

Магниты на самом деле не такие уж и таинственные - основная информация о них известна людям уже на протяжении двух столетий. Магниты являются частью почти каждого ноутбука или настольного компьютера в качестве основного компонента дисковых накопителей. Магниты есть в магнитофонах и на вашем холодильнике. До появления плоских телевизоров, почти в каждом доме был телевизор, внутри которого спрятан мощный магнит.

Хотя физика магнитов довольно хорошо понятна, они удивляют и восхищают, несмотря на то, что являются частью нашей жизни на протяжении веков. Вот некоторые интересные и удивительные факты о магнитах:

Магниты бывают четырех вариантов

Ферромагнетики, включающие в себя железо и никель, состоят из атомов с непарными электронами, спины которых выровнены. Они создают хорошие и постоянные магниты. А в ферримагнетиках некоторые из спинов электронов выровнены.

Однако, большинство химических элементов считаются парамагнитными, то есть они намагничиваются только внутри другого магнитного поля. Парамагнетики также имеют непарные электроны.

А вот если вы захотите, чтобы какой-то предмет левитировал, то вам потребуются диамагнитные материалы, в которых атомы намагничиваются против направления внутреннего магнитного поля. По этому же принципу работают поезда Маглев.

Поезд на магнитной подушке
Поезд на магнитной подушке

Магнетизм это свет

Почему магниты прилипают? Магниты притягивают друг друга, потому что они обмениваются фотонами - частицами света. Но в отличие от фотонов из вашей настольной лампы или фотонов, отражающихся от всего, что вы видите, эти фотоны являются виртуальными. Ваши глаза, как и любой детектор частиц, не смогут увидеть их. Однако, эти фотоны могут обмениваться импульсом, что позволяет им притягиваться к вещам или отталкиваться от них.

Фотоны являются носителями силы не только для магнитов, но и для электростатических явлений, таких как статическое электричество. Именно поэтому электромагнетизм – это термин, который мы используем для эффектов, создаваемых этими явлениями, включая свет, который является электромагнитной волной.

Магнетизм релятивистский

Всякий раз, когда вы прилепляете магнитик к холодильнику, вы демонстрируете относительность. Обычно отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны в проводе компенсируют друг друга. Но электроны движутся когда ток проходит через провод. С точки зрения любой неподвижной заряженной частицы вне провода, расстояние между электронами уменьшается. Это означает, что в данном пространстве электронов больше, чем протонов, что приводит к внезапному возникновению чистого отрицательного заряда. Поместите любую положительно заряженную частицу или провод рядом с проводом, в котором есть ток, и вы почувствуете магнитную силу притяжения. А поместив отрицательно заряженную частицу, вы уведите, как она отталкивается. Поэтому, если вы запустите ток в противоположных направлениях через два провода, они будут притягивать друг друга, а запустите ток в одном направлении - отталкиваться друг от друга.

То же самое происходит, когда заряженная частица рядом с постоянным магнитом движется через магнитное поле. При этом частица испытывает силу. Но, согласно теории относительности, нельзя сказать, что частица движется, а магнит нет, ведь с точки зрения частицы - он движется. Для стационарного наблюдателя это выглядит, как магнитная сила, а для движущегося - как электростатическая. Эта проблема была основной частью развития Эйнштейном Специальной теории относительности, которая как раз и объясняла это несоответствие.

Самые мощные магниты в мире

Магниты используются на свалках
Магниты используются на свалках

Два крупнейших магнита находятся в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико и Университете штата Флорида. В двух лабораториях есть магниты, сила магнитного поля которых достигает 100 и 45 Тл. Для сравнения, на свалках используют магниты около 2 Тл. Лабораторные магниты обладают полем, превосходящим в миллионы раз магнитное поле нашей планеты, но, в миллионы раз меньшим, нежели у нейтронных звезд.

Магнит в Лос-Аламосе предназначен для создания полей, существующих только несколько секунд. А магнит во Флориде может сохранять свои поля до тех пор, пока есть питание. Оба этих магнитов предназначены для проведения разных экспериментов.

Магниты и квантовая механика

Физики Отто Штерн и Уолтер Герлах в 1922 году провели эксперимент - они хотели проверить свои идеи о новых теориях квантовой механики. Использовались два магнита - один поверх другого. Каждый их них создавал длинное асимметричное магнитное поле. Затем они выпустили через поле в мишень незаряженные частицы - атомы серебра. Асимметричное поле немного изменит траекторию атомов серебра. Поскольку атомы будут ориентированы в случайных направлениях, а их угловые моменты также будут случайными, то траектория должна быть различной для каждого атома серебра, но неизвестно, на сколько именно. Мишень должна была показать плавное распределение попаданий с одного конца на другой.

Этого не произошло. Вместо этого физики получили две четкие узкие полосы, как будто луч разделился на два направления с частицами, неспособными отклониться в любую точку между ними. Этим Штерн и Герлах подтвердили предположение о квантовании магнитного момента атомов.

Магниты -это не только металлы

Большинство магнитов, которые мы используем, изготовлены из железа. Но магнит бывает не только из железа - подойдет любой материал с неспаренными электронами. Например многие металлы и сплавы, такие как неодим, используемый в дисководах. Ферримагнитные материалы часто вообще не являются металлами. Среди них - шпинели, герметизирующие дверцу холодильника.

Магнитная медицина

Нет прямых доказательств того, что магниты снимают боль. Несмотря на то, что в нашей крови есть железо, оно в свою очередь состоит из атомов, которые слишком далеки друг от друга и слишком рассеяны, поэтому магнит не влияет на них. Это можно проверить - если порезать палец и пролить кровь рядом с магнитом, то ни кровь, ни сам магнит, не будут притягивать друг друга.

Тем не менее, магниты используют в магнитно-резонансных томографах. В большинстве случаев в МРТ они сверхпроводящие и охлаждаются жидким гелием.

Первый магнитный компас

Древние греки и китайцы заметили, что определенный материал ведет себя интересным образом. Лодстон - это форма оксида железа, которая образуется при медленном остывании магмы. Намагничивался он в следствии удара молнией. Лодстон притягивал другие железоподобные металлы, и намагничивал обычное железо. Когда мелкие кусочки металла намагничивались и подвешивались или плавали в воде, то они выравнивались, согласно магнитному полю Земли, становясь первыми магнитными компасами.

Магниты внутри организма

В телах некоторых животных и бактерий магнетит - удивительный магнитный минерал. Например, магнетит есть в мозге пчелы, а у одного вида моллюсков, существуют кристаллы магнетита прямо в "зубах", покрывающих его язык. Так как магнетит абразивен, то он помогает моллюску очищать водоросли. При этом он может дать магнитное чувство, которое помогает животному ориентироваться в пространстве.

Магнетит
Магнетит

👍 👍 👍

Понравилась статья и хотите больше интересного - подписывайтесь на канал и ставьте лайк!