שדה מגנטי הוא תופעה מאוד מעניינת. נכון לעכשיו, המאפיינים שלה מצאו יישום בתחומים רבים. האם אתה יודע מה מקור השדה המגנטי? לאחר קריאת המאמר, תדע על כך. בנוסף, נדבר על כמה עובדות הקשורות למגנטיות. בואו נתחיל בהיסטוריה.
קצת היסטוריה
מגנטיות וחשמל אינם בשום אופן שתי תופעות שונות, כפי שהאמינו בטעות במשך זמן רב. הקשר ביניהם התברר רק בשנת 1820, כאשר המדען הדני הנס כריסטיאן אורסטד (1777-1851) הראה שזרם חשמלי שזורם דרך חוט מסיט מחט מצפן. זרם תמיד יוצר שדה מגנטי. לא משנה לאן הוא זורם - בין הענן לכדור הארץ בצורת ברק או בשריר הגוף שלנו.
אפילו בימי קדם, אנשים ניסו לברר מהו מקור השדה המגנטי. יתרה מכך, התגליות שהתגלו יושמו בפועל. מגנטיות נצפתה והשתמשו בה (במיוחד למטרות ניווט) אלפי שנים לפני שהתברר.טבעו של החשמל, והוא מצא יישומים מעשיים. רק כאשר נודע שהחומר מורכב מאטומים, התברר לבסוף שמגנטיות וחשמל קשורים זה בזה. בכל מקום שבו נצפית מגנטיות, חייב להיות תמיד סוג של זרם חשמלי. עם זאת, גילוי זה היה רק ההתחלה של מחקר חדש.
מה קובע את הביטוי של התכונות המגנטיות של חומרים בהיעדר מקור זרם חיצוני כלשהו? תנועת אלקטרונים היוצרים זרמים חשמליים בתוך אטומים. זה סוג זה של מגנטיות שנבחן כאן. תיארנו בקצרה את מקור השדה המגנטי מערבול (זרם חילופין).
מגנטיט וחומרים אחרים
היכולת למשוך ברזל וחומרים המכילים ברזל נצפית בטבע במינרל מעניין אחד. אנחנו מדברים על מגנטיט, אחת התרכובות הכימיות של ברזל. כנראה סוג כלשהו של זה שימש במצפנים הראשונים שהמציאו הסינים. מקור השדה המגנטי הוא לא רק המינרל הזה. זה גם קל יחסית לחומרים מסוימים להעביר בכוונה את המאפיינים הרצויים. ביניהם, ברזל ופלדה הם המפורסמים ביותר. שני החומרים הופכים בקלות למקור לשדה מגנטי.
מגנטים קבועים
חומרים המושכים ברזל יוצרים מחלקה מיוחדת. הם נקראים מגנטים קבועים. למרות השם, הם מסוגלים לשמור על הנכסים הדרושים רק לזמן מוגבל. בצורת מגנט קבועבר מדגים את כוחה של מגנטיות יבשתית. אם הוא יכול לנוע בחופשיות, אז קצה אחד תמיד פונה לכיוון הקוטב הצפוני של כדור הארץ, והשני - לכיוון הדרום. שני הקצוות של מגנט נקראים הקוטב הצפוני והדרומי, בהתאמה.
למגנטים יכולים להיות כמעט כל צורה: בר, פרסה, טבעת או מורכבות יותר. הם משמשים במכשירי מדידה חשמליים. הקטבים של המגנטים מסומנים כדלקמן: N (צפוני) ו-S (דרום). בוא נדבר על איך הם מקיימים אינטראקציה.
משיכה ודחייה
קוטבים מגנטיים מנוגדים מושכים. אנחנו יודעים את זה מאז בית הספר. על ידי משיכת חומר אחר, המגנט הופך אותו תחילה למגנט חלש. פולנים בעלי אותו שם דוחים זה את זה (אם כי זה לא ברור כמו משיכה). כאשר נחשפים למגנט, ברזל ופלדה הופכים למגנטים בעצמם, ורוכשים את הקוטביות ההפוכה. לכן הם נמשכים אליו. אבל אם שני מגנטים זהים בעלי "מטענים" שווים יוצבו קרוב זה לזה עם אותם קטבים, מה יקרה? כוח הדחייה הנצפה יהיה שווה לכוח המשיכה הפועל בין שני קטבים מנוגדים שנקבעו באותו מרחק זה מזה.
לא רק חומרים המכילים ברזל מושפעים ממגנטיות. עם זאת, תופעות מגנטיות נצפות בצורה הקלה ביותר במתכות טהורות. אלה הם, למשל, ברזל, ניקל, קובלט.
Domains
מתכות שיכולותהופכים למקור של שדה מגנטי, מורכבים ממגנטים קטנים הממוקמים באופן אקראי בתוך החומר. הם מכוונים באותה מידה רק באזורים קטנים, הנקראים תחומים, אותם ניתן לראות דרך מיקרוסקופ אלקטרונים. בחומר לא ממוגנט - מכיוון שגם התחומים עצמם מכוונים לשם בכיוונים שונים - השדה המגנטי הוא אפס. לכן, לא נצפו תכונות מגנטיות במקרה זה. לפיכך, החומר מקבל את התכונות הדרושות רק בתנאים מסוימים.
תהליך המגנטיזציה הוא שכל התחומים נאלצים להתיישר באותו כיוון. כאשר מסובבים אותם כראוי, הפעולות שלהם נערמות. החומר בכללותו הופך למקור של שדה מגנטי. אם כל התחומים מסתדרים בדיוק באותו כיוון, החומר מגיע לגבול המגנטי שלו. יש לשים לב לתבנית אחת חשובה. המגנטיזציה של החומר תלויה בסופו של דבר במגנטיזציה של התחומים. וזה, בתורו, נקבע לפי האופן שבו אטומים בודדים ממוקמים בתוך התחומים.
השדה המגנטי של כדור הארץ
השדה המגנטי של כדור הארץ נמדד ומתואר במדויק מזמן, אך עד כה הוא לא הוסבר במלואו. בצורה מאוד פשוטה, זה יכול להיות מיוצג כאילו מגנט שטוח פשוט ממוקם בין הקוטב הגיאוגרפי הצפוני והדרום. זה מה שגורם לחלק מההשפעות שנצפו. אבל זה לא מסביר לא את השינויים החריגים ביותר בעוצמה או אפילו את הכיוון של קווי השדה המגנטי מעל כדור הארץ.פני השטח, וגם לא למה לפני מיליוני שנים מיקומם של הקטבים המגנטיים היה מנוגד להווה, וגם לא למה הם, אם כי לאט, נעים ללא הרף. לפיכך, הדברים קצת יותר מסובכים.
דגם של השדה המגנטי של כדור הארץ
בוא נתאר את הגרסה המפושטת שלו ביתר פירוט. דמיינו מגנט שטוח ארוך במרכז כדור הארץ, שיהווה את מקור השדה המגנטי. מה עוד צריך לקחת בחשבון? החומרים המגנטיים על פני הכדור חייבים להיות מסודרים כך שהקוטב המכוון לצפון יפנה לכיוון שאנו קוראים לו צפון (למעשה הקוטב הדרומי של המגנט הדמיוני), והקוטב השני יצביע דרומה (הקוטב הצפוני של המגנט).).
הבנת תהליכים פיזיקליים מורכבים גורמת לכמה קשיים. קל יותר להסביר גם את המגנטיות הארצית וגם את המגנטיות של חתיכות ברזל קטנות על ידי הנחה שקווי כוח מגנטיים (המכונה לעתים קרובות קווי שטף מגנטי) בוקעים מהקצה הצפוני של המגנט ונכנסים לקצה הדרומי. זהו ייצוג שרירותי מאוד, המשמש מטעמי נוחות בלבד, בדומה לאופן שבו נעשה שימוש בקווי רוחב וקו אורך המצויירים במפה. עם זאת, זה עוזר לנו להבין מה מקור השדה המגנטי של כדור הארץ.
קווי הכוח של מגנט שטוח פשוט, העוברים מקוטב אחד למשנהו ומכסים את כל המגנט, יוצרים משהו כמו גליל. נראה כי קווי כוח באותו כיוון דוחים זה את זה. הם תמיד מתחילים בסוג אחד של מוט ומסתיימים בסוג אחר של מוט ולעולם לא מצטלבים.
Bמסקנה
אז, פתחנו את הנושא "מקור השדה המגנטי". כפי שאתה יכול לראות, זה די נרחב. שקלנו רק את המושגים הבסיסיים הקשורים לנושא זה.
