Підручник Фізика 9 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 1 МАГНІТНІ ЯВИЩА

§ 3. ГІПОТЕЗА АМПЕРА. МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН

Ви дізнаєтесь

- Що є причиною магнітних властивостей речовин

Пригадайте

- У якому випадку виникає магнітне поле

Гіпотеза Ампера. Ми з’ясували, що магнітне поле виникає навколо провідника зі струмом. Але вивчення магнітних явищ почалось із дослідження взаємодії магнітів. Чим же пояснюються їхні магнітні властивості?

Після того, як було доведено, що магнітна взаємодія тісно пов’язана з електричним струмом, французький учений Андре Марі Ампер припустив (як кажуть учені — висунув гіпотезу), що магнітні властивості речовини можна пояснити існуванням електричних струмів (руху заряджених частинок) усередині кожного атома речовини.

Мал. 10 Спрямування векторів індукції магнітних полів окремих атомів: а — хаотичне; б — упорядковане

У часи Ампера про будову атома ще нічого не знали, і тому природа молекулярних струмів залишалась невідомою. Тепер відомо, що в кожному атомі є негативно заряджені електрони. Унаслідок руху електронів виникають слабкі магнітні поля. (Це лише часткове пояснення магнітних властивостей речовини. Сучасні уявлення про природу магнетизму ґрунтуються на законах квантової механіки.)

Магнітні властивості речовини. У більшості випадків вектори індукції магнітних полів окремих атомів речовини спрямовані в різних напрямках. Саме тому магнітні поля сусідніх атомів компенсують одне одного (мал. 10, а). Якщо ж речовину вмістити в зовнішнє магнітне поле, то вектори індукції магнітних полів окремих атомів переорієнтуються в напрямку, що збігається з напрямком зовнішнього магнітного поля (мал. 10, б). Унаслідок цього утвориться власне елементарне магнітне поле речовини, тобто речовина намагнітиться.

Але різні речовини по-різному реагують на зовнішнє магнітне поле. Одні з них намагнічуються сильніше (залізо, сталь), інші — слабше, а є й такі речовини, які при вміщенні їх у зовнішнє магнітне поле послаблюють його (це відбувається тому, що їхні власне й зовнішнє магнітні поля орієнтуються в протилежних напрямках). Тому за реакцією на зовнішнє магнітне поле речовини поділяють на три групи: діамагнетики, парамагнетики та феромагнетики.

До діамагнетиків належать інертні гази, більшість органічних сполук, багато металів (вісмут, цинк, золото, мідь, срібло, ртуть та ін.), смоли, вода, скло тощо. При внесенні діамагнітної речовини в магнітне поле в кожному її атомі виникає власне магнітне поле, що спрямоване протилежно до зовнішнього магнітного поля.

До парамагнетиків належать: кисень, оксид азоту, алюміній, платина, рідкісноземельні елементи, лужні й лужноземельні метали тощо. У парамагнітному тілі виникає власне магнітне поле, у якого напрямок вектора магнітної індукції збігається з напрямком вектора магнітної індукції зовнішнього магнітного поля.

Феромагнітними речовинами — феромагнетиками — називають такі речовини, у яких внутрішнє (власне) магнітне поле може мати індукцію, яка в сотні й тисячі разів перевищує індукцію зовнішнього магнітного поля. До феромагнетиків належать залізо, нікель, кобальт і ряд сплавів. Причому феромагнетизм виявлено лише в речовин, що перебувають у твердому агрегатному стані.

Після винесення із зовнішнього магнітного поля феромагнітні речовини ще довго зберігають стан намагніченості й створюють власне магнітне поле. Саме ці речовини використовують для виготовлення магнітів.

Природні й штучні магніти. Природними магнітами є поклади залізної руди (магнітний залізняк). У цій речовині магнітні поля окремих атомів від природи зорієнтовані в одному напрямку.

На уроках фізики ви найчастіше будете використовувати штучні магніти: плоский (його ще називають смуговий або штабовий) та дуговий (підковоподібний). Штучні магніти виготовляють зі спеціальної сталі й намагнічують у сильному зовнішньому магнітному полі. Із часом такі магніти можуть втратити намагніченість. Особливо швидко це може трапитись, якщо нагрівати магніти або вдаряти їх. Спробуйте самостійно пояснити, чому так відбувається.

Постійний магніт — виріб, виготовлений з феромагнетики, здатного зберігати залишкову намагніченість після вилучення його із зовнішнього магнітного поля.

На практиці як деталі технічних пристроїв використовують постійні магніти різної форми й розмірів, що виготовлені з різних матеріалів (мал. 11).

Найпоширенішими типами постійних магнітів є керамічні магніти (ферити, що складаються з оксиду заліза й барію або карбонату стронцію), алніко-магніти (назва складається з перших букв хімічних елементів, з яких робляться магніти: ал(юміній), ні(кель), ко(бальт)), неодим-залізо-борієві магніти (магніт об’ємом 1 см³ із такого сплаву здатний утримати металеву пластину площею кілька квадратних метрів).

Штучний магніт легко отримати й самостійно. Наприклад, залізні цвяхи після взаємодії з магнітом (мал. 12, а) можуть намагнітитись і самостійно притягувати інші цвяхи (мал. 12, б). Після контакту з магнітом намагнічуються й сталеві ножиці (мал. 12, в) та викрутки. Зокрема, намагнічені викрутки використовують майстри з ремонту годинників для більш зручної роботи з дрібними металічними деталями (мал. 12, г).

Мал. 11. Постійні магніти

Мал. 12. Намагнічування

Підбиваємо підсумки

- Магнітні властивості речовини пояснюються існуванням електричних струмів, які циркулюють усередині кожного атома цих речовин.

- Залежно від внутрішньої будови й поведінки молекул речовин у магнітному полі, їх поділяють на три групи: діамагнетики, парамагнетики та феромагнетики.

- Тіла із заліза та сталі намагнічуються. Тіла, які тривалий час зберігають стан намагніченості, називають магнітами або постійними магнітами.

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Як Ампер пояснював намагніченість речовин, зокрема заліза?

2. Які тіла називають постійними магнітами?

3. Чому під час нагрівання магніт втрачає свої властивості?