Магнетизм - от фалеса до максвелла. Магнитное поле земли интересные факты

Магнит и магнетизм не перестают удивлять человечество. Мы собрали несколько интересных фактов о постоянных магнитах, которые вы, возможно, еще не знаете.

1. Почему магнит назвали магнитом?


Существует две версии происхождения этого названия: поэтичное и не очень. Первая – это поэтичная легенда о пастухе по имени Магнус (или Магнес). Известный историк Плиний описывал, что однажды этот пастух забрёл со своими овцами на новое место, стал на необычный чёрный камень и вдруг обнаружил, что не может оторвать от него посох и свои подбитые гвоздями башмаки.

Вероятнее, что всё было прозаичнее: однажды в греческой области Магнисии обнаружили залежи камня, способного притягивать железо. Его так и назвали – «камень из Магнисии» или, проще говоря, магнит. Впрочем, здесь тоже есть немного лирики, ведь область получила своё имя от проживающего в ней племени магнетов, а они так назвали себя в честь мифического героя, сына Зевса.

2. Знакомьтесь, «Любящий камень»
Именно такое романтичное имя дали магниту изобретательные китайцы. Представители одной из древнейших культур поэтично описывали его следующим образом. Цы-ши (на русском «любящий камень» или «камень материнской любви»), говорили они, притягивает железо, как и теплая мать притягивает детишек. Эта сила на самом деле распространяется и на другие металлы, но менее интенсивно.

Интересно, что французы тоже называли магнит словом «любящий» – для обоих значений используется одно и то же слово aimant.

3. Как появилась магнитная доска

4. Кто придумал первый магнитный компас?


Ещё в третьем веке до Рождества Христова китайский автор описывал компас в виде ложки из магнита, а вот устройство с плавающей стрелкой появилось только в XI столетии. Намного позже, в 1300 году Иоанн Жира первым в Европе создал компас для путешественников (магнит был завезён всего за 40 лет до этого путешественником Марко Поло), чем существенно упростил жизнь моряков. А итальянец Флавио Джойя усовершенствовал конструкцию.

5. Немного о магнитной буре


Случаются дни, когда стрелка компаса беспорядочно кружится, вместо того, чтобы указывать на север. Иногда это продолжается часами, а иногда – сутками. Больше всего компас используется моряками – они и отметили первыми это явление, окрестив его магнитной бурей.

Происходит подобное из-за вспышек солнечной активности, когда в магнитное поле нашей планеты попадает больше заряженных частиц от Солнца. Оно возмущается, и начинаются геомагнитные бури, влияющие и на человеческий организм, и на работу техники.

6. Как увидеть магнитное поле?


Увидеть магнитное поле вполне реально, и этому учат на школьных уроках физики, предлагая такую последовательность действий:
- магнит накрывают стеклянной пластиной;
- сверху на пластину кладут лист бумаги;
- бумага посыпается ровным слоем железных опилок;
- опилки намагничиваются, и когда их встряхивают, то они на мгновение отделяются от пластинки, и легко поворачиваются, формируя - сложные изогнутые линии, расходящиеся от полюсов.

Полученная картина выглядит следующим образом: чем ближе к полюсу, тем гуще и чётче линии из опилок, а чем дальше они отходят, тем больше разрежаются и утрачивают свою отчётливость. Это наглядный пример того, как ослабляются магнитные силы из-за расстояния.

7. Почему гроб пророка Мухаммеда висит в воздухе?


Не одно столетие любознательные умы будоражила история о левитирующем гробе пророка Магомета. В 1600 году была издана книга про магниты, где автор Уильям Гильберт передал услышанную историю о часовне Магомета. Её свод содержит магнитные камни большой силы, которые позволяют железному сундуку с прахом пророка висеть в воздухе.

Сами мусульмане считали это чудом, и говорили, что причина в том, что земля не может держать труп такого человека. На самом деле, такие трюки и ранее проделывали некоторые фокусники. Но нужно сказать, что поддерживать равновесие в данном случае невозможно. Магнит в данном случае достаточно сильный, чтобы приподнять предмет, но удержать его на стабильном расстоянии без дополнительной нити не получится.

8. Магнит и нагревание
У магнитов есть особенные характеристики. К ним относится рабочая температура с максимальными показателями и точка Кюри, на уровне которой ферромагнетики теряют свои свойства. Для каждого сплава эти параметры индивидуальны. Например, для магнитопластов на основе наполнителя NdFeB максимальная рабочая температура может составлять до 120, а то и 220°С, ферриты же выдерживают работу при температуре до 250-300°С, а точка Кюри у них составляет 450°С.

9. Почему магнитный томограф видит человека изнутри?


Наш организм на 60-80% состоит из H2O, и атомы водорода в формуле воды при действии мощного магнита начинают излучать волны. Они разные, потому что зависят от тканей, где расположены атомы, и отражают любое изменение в нашем теле. Помещённый в магнитное поле человек излучает эти волны, и зафиксированные показатели трансформируются в трёхцветное изображение.

10. Как работает магнитная подушка?


Скоростное передвижение поездов типа «Маглев» достигается благодаря следующей технологии. Вагоны крепятся к направляющей, которая охватывает рельс, либо наоборот. В обоих вариантах вагоны держатся над рельсом благодаря вертикальному магнитному полю, горизонтальное же сохраняет центровку. Ещё на рельс ставятся электромагниты, с которыми обеспечивается работа двигателей – так происходит ускорение и торможение.

11. Петр Перегрин и «Послание о магните»


Во второй половине XIII столетия некий Пьер Перегрин-де Маррикур написал знакомому письмо-трактат, в котором рассказал подробно о свойствах магнита и даже предложил использовать его в роли вечного двигателя (тогда эта идея была популярна во Франции, на родине учёного). Об авторе почти ничего не известно, но его вклад за первое в Европе столько систематическое исследование ценится высоко и в наши дни.

В трактате говорится о наличии полюсов у шарообразных образцов, которые использовались, процедуре намагничивания, взаимодействии магнитов и множестве других моментов, связанных со свойствами магнитов. Маррикур был уверен, что исследуемый им камень скрывал в себе подобие небесной сферы с её полюсами.

Магниты и магнетизм известны человечеству очень давно. Однако и в современном мире удивительные свойства магнитов применяются повсеместно. Из нашего материала вы узнаете несколько любопытных фактов, связанных с постоянными магнитами.

Почему магнит называется именно так?

Есть две легенды происхождения этого слова. Одна из них достаточно поэтична и повествует о некоем пастухе Магнусе. В повествовании Плиния говорится о том, что этот пастух как-то пас стадо овец в новом месте. Наступив на большой черный камень, он с удивлением понял, что не может оторвать от него ног. Причиной тому стали гвозди, которыми была подбита его обувь.

Вторая легенда говорит о том, что в древние времена люди, жившие в греческой области Магнисии, нашли залежи необычного камня, притягивающего железные предметы. Сначала находку называли «камнем из Магнисии», а после наименование упростилось до магнита.

Под таким названием знали притягивающий железо камень китайцы. Они называли его цы-ши, что можно перевести как «любящий камень» или «камень материнской любви». Такое название появилось из-за того, что магнит притягивает металлические предметы подобно тому, как любящая мать старается приблизить к себе своих детей.

Сохранившиеся источники говорят о том, что еще за несколько веков до Рождества Христова в Китае использовалось некое подобие компаса, представляющее собой ложку из магнита. Что касается европейского региона, то упоминание о первом компасе для путешественников датируются 1300 годом. Автором изобретения является Иоанн Жира.

Как магнитному томографу удается видеть человека изнутри?

Многие знают о том, что в составе человеческого организма преобладает вода. Ее уровень может колебаться от 60% до 80%. Когда на атомы водорода, содержащиеся в воде, воздействует мощный магнит, происходит излучение особых волн. Они характеризуются разными свойствами и позволяют фиксировать изменения, происходящие в организме. Когда человека помещают внутрь магнитного поля, его тело начинает излучать множество разных волн, которые обрабатываются специальной аппаратурой и превращаются в цветное изображение.

Поезда на магнитной подушке

Скоростные поезда на магнитной подушке перемещаются благодаря особой технологии. Вагоны состава размещаются на направляющих, охватывающих рельс. За счет этого, вагоны постоянно находятся над поверхностью рельсов из-за вертикального магнитного поля. В свою очередь, горизонтальное магнитное поле продолжает сохранять центровку. Помимо этого, на рельсах размещаются электромагниты, взаимодействующие с двигателями поезда. Такой подход позволяет обеспечить разгон и торможение.

Неодимовый магнит (также известный как NdFeB, NIB, или Neo магнит) - чрезвычайно мощный магнит, сделанный из редкоземельных металлов: как правило, это сплав неодима, бора и железа, образующий Nd2Fe14B тетрагональную кристаллическую структуру. Впервые был разработан в 1982 году компанией General Motors в партнерстве с Sumitomo Special Metals.

Это сильнейшие постоянные магниты из всех коммерчески доступных, их величина магнитной энергии превышает обычные магниты более, чем в 18 раз. Неодимовые магниты бывают нескольких классов, характеризующих силу их притяжения, например, N28, N35, N38, N40, N45. Самый сильный магнит из этого перечня - это N45, но бывают и более сильные. Хороший неодимовый магнит обладает магнитной индукцией не менее 12500 Гс (Гаусс - единица магнитной индукции).

Неодимовые магниты значительно мощнее обычных магнитов, но и стоят дороже обычных. Работать с ними надо максимально осторожно, соблюдая надлежащую технику безопасности. Их магнитные поля могут влиять друг на друга даже на расстоянии более 30 сантиметров. Обратите внимание, что неодимовые магниты являются хрупким сплавом. Как правило, они покрыты жестким никелированным защитным слоем. Нельзя позволить нескольким магнитам состыковываться в их полную силу, иначе возможно их повреждение и небольшие кусочки металла могут откалываться при ударе.

Интересный факт! Неодимовые супермагниты транспортируются только наземным транспортом. Они не могут быть отправлены по воздуху, поскольку будут создавать помехи навигационному оборудованию самолета. Все супермагниты упакованы либо в небольших деревянных ящиках или с большими блоками/панелями из пенополистирола в двустенных картонных коробках, чтобы минимизировать воздействие магнитного поля на технику во время их транспортировки.

Разрушительная сила неодимового магнита

Производство неодимового магнита

Краш-тест: человеческая рука между магнитами

Классификация неодимовых магнитов

Неодимовые магниты дифференцируются на классы в зависимости от величины их магнитного момента на единицу объема. Более высокие значения этого показателя указывают на более сильные магниты и варьируются от N35 до N52. Буквы, следующие за названием класса, указывают на его максимальные рабочие температуры (имеется в виду температура Кюри), которые варьируются от M (до 100 градусов по Цельсию) до EH (200 градусов по Цельсию).

Классы неодимовых магнитов:

• N35-N52
• N33M-N48M
• N30H-N45H
• N30SH-N42SH
• N30UH-N35UH
• N28EH-N35EH

Интересный факт! Каждый год в Китае официально производится 50000 - 80000 тонн неодимовых магнитов! Китай добывает более 95% редкоземельных элементов и производит около 76% от общего мирового количества редкоземельных магнитов.

Благодаря подобному составу магниты обладают невероятно большой сцепной силой. С ними ферритовые магниты по данному показателю просто не сравнятся. К примеру, если соединить два мощных ферритовых кольца между собой, то приложив определенное усилие, можно при помощи рук разъединить их. С неодимовыми магнитами выполнить подобное просто не получится. Два неодимовых магнита, соединившись между собой, разлепить голыми руками без применения приспособлений будет невозможно.

Цена первых неодимовых магнитов, которые появились в середине 90-х годов прошлого века в свободной продаже, была достаточно высока. На текущий момент их стоимость несколько снизилась, но она все равно остается высокой. Объясняется это сравнительно большой редкостью неодима, в том числе патентной борьбой разных производителей и разработчиков магнитов.

Существует большое разнообразие марок и форм неодимовых магнитов. Разнообразная форма неодимовых магнитов вызвана различным их назначением. Так они могут иметь форму конусов, цилиндров, колец, сфер, шаров, прямоугольников, дисков и тому подобное. С применением ингредиентов неодимовых магнитов также создаются пластичные материалы, которые имеют магнитные свойства. К примеру, это магнитный винил.

Применения и особенности

При использовании неодимовых магнитов следует учитывать их особенности.

1. Длительность службы неодимовых магнитов составляет минимум 30 лет, в случае надлежащего применения и хранения он может быть на порядок больше. Но в некоторых условиях их можно легко вывести из строя, а также безвозвратно испортить их. Неодимовые магниты являются совершенно не гибкими. Они могут ломаться при определенной нагрузке и даже трескаться, в том числе терять свои свойства.
2. Падение магнита или удар по нему может привести к откалыванию частиц магнита, что может привести к снижению сцепных свойств. К тому же достаточно сильный удар способен привести к потере свойств магнита. Поэтому следует избегать падений неодимовых магнитов, в том числе там, где возможны удары друг о друга частей и деталей или падения.
3. Магнитные свойства магнита при воздействии высокой температуры теряются безвозвратно. В зависимости от текущей марки магнита, предел нагревания может находиться в пределах 80-250 градусов Цельсия. В случае нагревании выше нормативной температуры у магнита теряются все свойства. Саморазмагничивание неодимовых магнитов составляет порядка 1% за 10 лет. Данный показатель является довольно высоким.
4. Обработка неодимового магнита почти невозможна. При создании серийных образцов магнитов после покупки для какой-нибудь цели будет практически невозможно придать магниту какую-либо иную форму. Обусловлено это тем, что сверление сплава, резка режущим инструментом или шлифовка может привести к возгоранию сплава. В том числе высокая температура, которая будет выделяться при трении, будет вызывать вредное воздействие на сам магнит, а также его свойства.

Магнитное поле Земли, можно сказать, и есть причиной всего живого, движения, притяжения, зарождения и прекращения, но как ни странно даже его образование никто сегодня с достоверной точностью объяснить не может. Есть лишь множество недоказанных теорий. К наиболее существенной из них можно отнести ту, что оно создается в жидком ядре Земли. Так как эта жидкость по сути перемещающийся расплавленный метал, своим движением он порождает токи, рождающие магнитное поле.

Землетрясения

Ежедневно по всей земле происходит примерно 8 тысяч землетрясений . Но большая их часть незаметна для человека. Землетрясения возникают во время движения тектонических плит. А те, в свою очередь, движутся под действием вулканической активности в недрах земли. Эта активность и есть энергия земли. Если завершиться ее активность – это будет означать, что энергия исчерпалась. Да, землетрясения прекратятся, но и жизнь на планете, скорее всего тоже. Так что «дрожь земли» это не всегда плохо.


Связь между магнитным полем, которое появляется с недр земли и землетрясениями, оттуда же неоспорима. Изменения в магнитном поле отражают изменения в ядре. На сегодняшний день непонятно только как извлечь из этого реальную выгоду.

Во всем известной долине смерти в Калифорнии происходят интереснейшие вещи. Давно уже замечено, что камни, находящиеся на поверхности высохшего озера, загадочным образом перемещаются – за ними виден отчетливый след. Причину движения не установили до сих пор, несмотря на то, что это явление интересует многих современных ученых. Это движение очень медленное, известно лишь, что за 7 лет они преодолевают примерно 200 метров и большую часть расстояния преодолевают зимой. Одним из возможных объяснений может быть магнитное поле земли, возможно, эти камни просто притягивает. Но это недоказанная теория.

Радиация

Магнитное поле земли не только влияет на земную жизнь, но и защищает ее от влияния открытого космоса. Наиболее значительной опасностью, которая может угрожать Земле является радиация, исходящая от Солнца. Если бы не было магнитного поля, все живое уже давно бы вымерло под воздействием всеми любимого светила. Солнечный ветер – это наибольший источник радиации. Солнце выплескивает его, а магнитное поле земли, словно купол, ограждающий планету, не дает ему пройти сквозь защиту. В результате этот ветер скользит по магнитному полю, огибая всю землю, но, не вредя людям и природе.

Полюса

Магнитное поле не постоянное, оно сменяет полюса примерно раз в 250000 лет . Северный и южный полюса меняются местами. Нет точного объяснения подобному факту, но есть значительная вероятность, что в ближайшее время полюса вновь сменятся. При этом мнения ученых по этому вопросу сильно разятся. Одни считают, что это нормальное и естественное изменение, которое нисколько не повлияет на земную жизнь. Другие же уверенны в том, что такие события могут привести к катастрофе мирового масштаба и привести к тому, что цивилизация будет на гране уничтожения. Они утверждают что динозавры, жившие ранее на планете, вымерли именно во время смены полюсов.

Трещины

Под ежедневными атаками солнечной активности в атмосфере земли, находящейся под защитой магнитного поля появляются дыры. Это сильно тревожит ученых всего мира, ведь солнечная радиация способна полностью изменить жизнь на планете. Проблема состоит в том, что человечество не в силах что-либо изменить. И в случае увеличения этих дыр может появиться реальная угроза жизни на планете. Современные технология и познания человека о Вселенной, планете, Солнце ничем не помогут в данной ситуации, поэтому остается лишь надеяться на лучшее.

Ослабевание поля

В южной части Атлантического океана толщина магнитного поля заметно снизилась и составляет на сегодняшний день лишь треть от нормы. Этот факт сильно настораживает всех ученых в мире, ведь подобная брешь может уничтожить планету за достаточно короткий срок. За последние 150 лет толщина поля в этом месте ослабла на 10 % .

Земная жизнь

Влияние магнитного поля на земную жизнь очень велико. Возможно, люди его не видят, но уж точно ощущают его влияние. Так, например, мигрирующие птицы находят дорогу при помощи его. Одно из объяснений подобного явления кроится в том, что птицы якобы его видят. Любые магнитные аномалии или бури влияют на их способность находить правильную дорогу. Также по нему ориентируются черепахи и некоторые другие животные, например, коровы. Благодаря ему также появляется полярное сияние.

Бури

Это явление многие прочувствовали на себе, другие лишь слышали о нем. Сильные магнитные бури способны повредить электронику, а слабые и средние могут сильно отразиться на здоровье некоторых людей. Магнитные бури – это следствие вспышек на Солнце. Выбрасываемая энергия на протяжении пары дней несется по направлению Земли.

Поле планеты ее отталкивает, и все же ее влияние ощущает минимум 15 % населения. Некоторые чувствуют себя плохо во время самих солнечных выбросов, другие во время их соприкосновения с полем земли, третьи пару дней после этого. Это явление вполне объяснимо, ведь люди обладают личным электрическим и магнитным полем получающим свое влияние извне.

• Самыми сильными магнитами во Вселенной являются нейтронные звезды. Такое поле в миллион миллионов раз мощнее магнитного поля Земли.
• Существует теория, что именно радиация от Солнца уничтожила на Марсе все живое, так как там нет такого же магнитного поля как на Земле.
• Сегодня нет реальной возможности усилить магнитное поле Земли и еще более защитить планету от внешнего влияния Солнца. Однако современные исследования уже стоят на пути того, чтобы «излечить» атмосферу и «залатать» в ней дыры при помощи имеющихся или разрабатывающихся технологий.

Простые вещи всегда имеют сложную историю. Узнаем подробнее, что же скрывает в себе магнит?

Магнит в Древнем мире

Первые залежи магнетита были обнаружены на территории современной Греции, в области Магнисия . Так и получилось название «магнит»: сокращение от «камень из Магнисии». Кстати, сама область называется по племени магнетов, а те, в свои очередь, берут своё имя у мифического героя Магнета, сына бога Зевса и Фии.

Конечно, такое прозаическое объяснение происхождения названия не удовлетворило людские умы. И была придумана легенда о пастухе по имени Магнус. Рассказывали, что он странствовал со своими овцами и вдруг обнаружил, что железный наконечник его посоха и гвозди в его башмаках прилипают к странному чёрному камню. Так был открыт магнит.

Интересный факт из истории магнитов . Прах пророка Магомета хранится в железном сундуке и находится в пещере с магнитным потолком, из-за чего сундук постоянно висит в воздухе без дополнительных опор. Правда, убедиться в этом может лишь правоверный мусульманин, совершающий паломничество в храм Каабы. А вот древние языческие жрецы частенько использовали этот приём для явления чуда.

Магнит в природе: Куржункульское железорудное месторождение, Казахстан

Эксперимент "гроб Магомета"

История магнитов в Древней Америке

Не стоит забывать, что древнейшая история развивалась на нескольких континентах. Магнит в Центральной Америке был известен, пожалуй, ещё раньше, чем в Евразии. На территории современной Гватемалы были найдены «толстые мальчики» - символ сытости и плодородия – сделанные из магнитных пород.

Индейцы делали изображения черепах с магнитной головой. Поскольку черепаха умеет ориентироваться по сторонам света, это было символично.

"Толстые мальчики" из магнитных пород

"Толстые мальчики" из магнитных пород

Магнит в Средние века

Использовать магнит как указатель сторон света догадались в Китае, но никто не проводил теоретических исследований на эту тему.

А вот научные труды европейских средневековых учёных не обошли магнит стороной. В 1260 году Марко Поло привёз магнит из Китая в Европу – и понеслось. Пётр Перегрин в 1296 году издал «Книгу о магните», где было описано такое свойство магнита, как полярность . Пётр установил, что полюса магнита могут притягиваться и отталкиваться.

В 1300 году Иоанн Жира создал первый компас , облегчив жизнь путешественникам и мореплавателям. Впрочем за честь считаться изобретателям компаса борется несколько учёных. Например, итальянцы свято уверены, что первым изобрёл компас их соотечественник Флавио Джойя.

В 1600 труд «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов» английского врача Уильяма Гильберта расширил границы знаний об этом предмете. Стало известно, что нагревание способно ослабить магнит, а железная арматура может усилить полюса. Так же оказалось, что сама Земля является огромным магнитом.

Кстати, любопытно, откуда взялось название «магнитная буря» . Оказывается, бывают дни, когда стрелка компаса перестаёт указывать на север, а начинает беспорядочно кружиться. Это может продолжаться несколько часов или даже несколько суток. Поскольку первыми данный феномен обнаружили моряки, то и окрестили явление красиво – магнитной бурей.

Магнит в Новое время и наши дни

Настоящий прорыв произошёл в 1820 году. Как всякие великие открытия, и это произошло случайно. Просто преподаватель в университете, Ганс Христиан Эрстед, на лекции решил продемонстрировать студентам, что между электричеством и магнитом нет никакой связи, они не влияют друг на друга. Для этого физик включил электрический ток рядом с магнитной стрелкой. Велик же был его шок, когда стрелка отклонилась! Это позволило открыть связь электричества и магнитных полей . Так наука сделал огромный рывок вперёд.