Какие металлы взаимодействуют с магнитами

Различные материалы по-разному реагируют в присутствии магнитов и магнитного поля. Металлы, такие как железо, никель и кобальт, сильно притягиваются к магнитам, и они известны как ферромагнитные металлы. Другие материалы могут слабо притягиваться, и есть даже металлы, которые отталкиваются от магнитов. Черные металлы не только притягиваются магнитами, но и могут намагничиваться, будучи подвергнутыми воздействию магнитного поля.

"

Ферромагнитные металлы

Ферромагнитные металлы сильно притягиваются к объектам с магнитнымм полями и могут сохранять свои магнитные свойства после удаления магнита от них. Они используются для создания постоянных магнитов. Основными ферромагнитными металлами являются железо, никель, кобальт, гадолиний и диспрозий. Если вы держите кусок ферромагнитного металла рядом с магнитом, то ощутите достаточно сильное притяжение.

"

Ферромагнитные сплавы

Ферромагнитные сплавы представляют собой материалы, такие как сталь, которая содержит ферромагнитные металлы. Сталь представляет собой комбинацию железа и нескольких других металлов и имеет большую твердость, чем железо. Из-за этой твердости сталь может сохранить свой магнетизм дольше, чем железо. При нагревании до высокой температуры сталь теряет свои магнитные свойства. Это также произойдет с ферромагнитными металлами, такими как никель.

"

Ферримагнитные материалы

Ферримагнитные материалы представляют собой ферриты, магнетит и магний. Все они имеют оксиды железа в качестве основного компонента, а также оксиды других металлов. Люди впервые обнаружили магнетизм с помощью лодстнонов. Лодстоун – магнетит, который находится естественным образом намагниченным. Магнетит притягивается к магнитным полям, но обычно сам не намагничивается. Ферримагнитные материалы похожи на ферромагнетики, но с более низким магнитным притяжением.

"

Парамагнитные металлы

Парамагнитные металлы слабо притягиваются к магниту и не сохраняют магнитных свойств при удалении от магнита. К ним относятся медь, алюминий и платина. Магнитные свойства парамагнитных металлов зависят от температуры, а алюминий, уран и платина становятся более притягивающимися для магнитных полей, когда они очень холодные. Парамагнитные вещества имеют гораздо меньшие силы притяжения для магнитов, чем ферромагнитные материалы, и для измерения магнитного притяжения необходимы высокочувствительные инструменты.

.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.

На самом деле, взаимодействие магнита с веществами имеет гораздо больше вариантов, чем просто «притягивает» или «не притягивает». Железо, никель, некоторые сплавы - это металлы, которые из-за своего специфического строения очень сильно притягиваются магнитом. Подавляющее большинство других металлов, а также прочих веществ тоже взаимодействуют с магнитными полями - притягиваются или отталкиваются магнитами, но только в тысячи и миллионы раз слабее. Поэтому для того, чтобы заметить притяжение таких веществ к магниту, надо использовать чрезвычайно сильное магнитное поле, которое в домашних условиях и не получишь.

Справа вы видите знаменитую фотографию живой лягушки, подвешенной в воздухе исключительно на магнитном поле. Напряженность магнитного поля в этом эксперименте была очень велика - она более чем в 100 000 раз превышала земное магнитное поле. Такие магнитные поля в домашних условиях не получить. А знаменитой эта фотография стала из-за того, что автору этого исследования в 2000 году присудили Шнобелевскую премию - пародию на Нобелевскую премию, вручаемую за бессмысленные и бесполезные исследования. В данном случае, наверное, вручатели поспешили с выводами.

Но раз к магниту притягиваются все вещества, то исходный вопрос можно переформулировать так: «Почему же тогда именно железо так сильно притягивается магнитом, что проявления этого легко заметить в повседневной жизни?» Ответ таков: это определяется строением и связью атомов железа. Любое вещество сложено из атомов, связанных друг с другом своими внешними электронными оболочками. Чувствительны к магнитному полю именно электроны внешних оболочек, именно они определяют магнетизм материалов. У большинства веществ электроны соседних атомов чувствуют магнитное поле «как попало» - одни отталкиваются, другие притягиваются, а какие-то вообще стремятся развернуть предмет. Поэтому если взять большой кусок вещества, то его средняя сила взаимодействия с магнитом будет очень маленькая.

У железа и похожих на него металлов есть особенная черта - связь между соседними атомами такова, что они чувствуют магнитное поле скоординированно. Если несколько атомов «настроены» так, чтобы притягиваться к магниту, то они заставят и все соседние атомы делать то же самое. В результате в куске железа «хотят притягиваться» или «хотят отталкиваться» все атомы сразу, и из-за этого получается очень большая сила взаимодействия с магнитом.

Когда магнит притягивает к себе металлические предметы, это кажется волшебством, но в действительности «волшебные» свойства магнитов связаны всего лишь с особой организацией их электронной структуры. Поскольку электрон, вращающийся вокруг атома, создает магнитное поле, все атомы являются маленькими магнитами; однако в большинстве веществ неупорядоченные магнитные эффекты атомов уравновешивают друг друга.

По иному дело обстоит в магнитах, атомные магнитные поля которых выстраиваются в упорядоченные области, называющиеся доменами. Каждая такая область имеет северный и южный полюс. Направление и интенсивность магнитного поля характеризуется так называемыми силовыми линиями {на рисунке показаны зеленым цветом), которые выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Чем гуще силовые линии, тем концентрированнее магнетизм. Северный полюс одного магнита притягивает южный полюс другого, в то время как два одноименных полюса отталкивают друг друга. Магниты притягивают только определенные металлы, главным образом железо, никель и кобальт, называющиеся ферромагнетиками. Хотя ферромагнетики и не являются естественными магнитами, их атомы перестраиваются в присутствии магнита таким образом, что у ферромагнитных тел появляются магнитные полюса.

Магнитная цепочка

Касание конца магнита к металлическим скрепкам приводит к возникновению у каждой скрепки северного и южного полюса. Эти полюса ориентируются в том же направлении, что и у магнита. Каждая скрепка стала магнитом.

Бесчисленные маленькие магнитики

Некоторые металлы имеют кристаллическую структуру, образованную атомами, сгруппированными в магнитные домены. Магнитные полюса доменов обычно имеют различное направление (красные стрелки) и не оказывают суммарного магнитного воздействия.

Образование постоянного магнита

1. Обычно магнитные домены железа ориентированы бессистемно (розовые стрелки), и естественный магнетизм металла не проявляется.
2. Если к железу приблизить магнит (розовый брусок), магнитные домены железа начинают выстраиваться вдоль магнитного поля (зеленые линии).
3. Большинство магнитных доменов железа быстро выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля. В результате железо само становится постоянным магнитом.

Отталкивающие свойства магнитов и их применение в технике

Магниты и магнитные свойства вещества.

Простейшие проявления магнетизма известны очень давно, и знакомы большинству из нас. Существуют магниты двух разных видов. Одни – так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа.

Наиболее вероятно, что слово «магнит » произошло от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, где находились большие залежи этого минерала

Магнитные полюса и магнитное поле.

Если к одному из полюсов магнита приблизить брусок не намагниченного железа, то последний временно намагнитится. При этом ближний к полюсу магнита полюс намагниченного бруска будет противоположным по наименованию, а дальний – одноименным.

С помощью крутильных весов учёный Кулон исследовал взаимодействие двух длинных и тонких магнитов. Кулон показал, что можно характеризовать каждый полюс определенным «количеством магнетизма», или «магнитным зарядом», причем закон взаимодействия магнитных полюсов такой же, как закон взаимодействия электрических зарядов: два одноименных полюса отталкиваются друг от друга, а два разноименных полюса притягиваются друг к другу с силой, которая прямо пропорциональна «магнитным зарядам», сосредоточенным в этих полюсах, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Применение магнитов

Неисчислимы примеры применения магнитных материалов. Постоянные магниты являются очень важной частью многих устройств, применяемых в нашей повседневной жизни. Их можно встретить в головке звукоснимателя, в громкоговорителе, электрогитаре, электрогенераторе автомобиля, в небольших моторчиках магнитофонов, в радиомикрофоне, электросчетчиках и прочих устройствах. Изготовляют даже «магнитные челюсти», т. е. сильно намагниченные стальные челюсти, взаимно отталкивающиеся и вследствие этого не нуждающиеся в креплениях.

Магниты широко применяют и в современной науке. Магнитные материалы нужны для работы в СВЧ-диапазонах, для магнитозаписи и воспроизведения, создания магнитных запоминающих устройств. Магнитострикционные преобразователи позволяют определять глубину моря. Без магнитометров с высокочувствительными магнитными элементами трудно обойтись, если нужно измерить ничтожно слабые магнитные поля, сколь угодно изощренно распределенные в пространстве.

А бывали случаи, когда с магнитами боролись, когда они оказывались вредными. Вот какая история времен Великой Отечественной войны иллюстрирует ответственную работу специалистов по магнетизму в те суровые годы... Возьмем, например, намагничивание корпуса корабля. Такая «спонтанная» намагниченность совсем не безобидна: мало того, что компасы корабля начинают «врать», принимая поле самого судна за поле Земли и неправильно указывая направление, плавающие корабли-магниты могут притягивать железные предметы. Если такие предметы будут связаны с минами, результат притяжения очевиден. Вот почему ученым пришлось вмешаться в проделки Природы и специально размагничивать корабли, что бы они разучились действовать на магнитные мины.

Основное применение магнит находит в электротехнике , радиотехнике, приборостроении , автоматике и телемеханике.

Электромашинные генераторы и электродвигатели - машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила (ЭДС). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила.

Электромагнитный динамометр может быть выполнен в виде миниатюрного прибора, пригодного для измерений характеристик малогабаритных двигателей.

Магнитные свойства вещества находят широкое применение в науке и технике как средство изучения структуры различных тел. Так возникли науки:

Магнетохимия (магнитохимия) - раздел физической химии, в котором изучается связь между магнитными и химическими свойствами веществ; кроме того, магнитохимия исследует влияние магнитных полей на химические процессы. магнитохимия опирается на современную физику магнитных явлений. Изучение связи между магнитными и химическими свойствами позволяет выяснить особенности химического строения вещества.

Техника сверхвысокочастотного диапазона

Связь. Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Кроме различных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются многочисленные коммерческие линии СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами около 50 км.

Термообработка пищевых продуктов. СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности . Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т. н. микроволновых или СВЧ-печах, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

С помощью магнита пытались лечить (и не безуспешно) нервные болезни, зубную боль, бессонницу , боли в печени и в желудке - сотни болезней.

Во второй половине XX века широко распространились магнитные браслеты, благотворно влияющие на больных с нарушением кровяного давления (гипертония и гипотония).

Один «исследователь » - башмачных дел мастер Спенс из шотландского городка Линлитгоу, живший на рубеже XVIII и XIX вв., утверждал, что обнаружил некое черное вещество, нейтрализующее притягивающую и отталкивающую силу магнита. По его словам, с помощью этого загадочного вещества и двух постоянных магнитов он якобы легко мог поддерживать непрерывное движение двух перпетуум мобиле собственного изготовления. Эти сведения мы приводим сегодня в качестве типичного примера наивных представлений и простодушных верований, от которых наука с трудом избавлялась даже в более поздние времена. Можно было бы предположить, что у современников Спенса не возникнет и тени сомнения по поводу бессмысленности фантазий честолюбивого башмачника. Тем не менее один шотландский физик посчитал необходимым упомянуть об этом случае в своем письме, опубликованном в журнале «Анналы химии » в 1818 г., где он пишет:

«... господин Плейфер и капитан Кейтер осмотрели обе эти машины и выразили удовлетворение тем, что проблема вечного движения наконец решена».

Таким образом, получается, что свойства магнитов широко применяются во многих вещах, и являются довольно полезными для всего человчества в целом.

Немного про сам магнит. Магнит — тело, обладающее собственным магнитным полем. (Магнитное поле - это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом). Когда электрический ток проходит по проволоке, он создает магнитное поле. Но магнитное поле в магнитах образуется не из-за движения тока по проводам, а за счет движения электронов. Электроны заполняют раковинообразные орбитали атома, где они ведут себя и как частицы, и как волны. Они имеют заряд и массу, а также могут двигаться в разных направлениях.

Хотя электроны атома не перемещаются на большие расстояния, такого движения достаточно, чтобы создать крошечное магнитное поле. И поскольку спаренные электроны двигаются в противоположных направлениях, их магнитные поля уравновешивают друг друга. В атомах ферромагнитных элементов, наоборот, электроны не спарены и двигаются в одном направлении. Например, у железа четыре несоединённых электрона, которые движутся в одну сторону. Поскольку у них нет сопротивляющихся полей, у этих электронов есть орбитальный магнитный момент. Магнитный момент – это вектор, который имеет свою величину и направленность.

На самом деле, взаимодействие магнита с веществами имеет гораздо больше вариантов, чем просто «притягивает» или «не притягивает». Железо, никель, некоторые сплавы - это металлы, которые из-за своего специфического строения очень сильно притягиваются магнитом. Подавляющее большинство других металлов, а также прочих веществ тоже взаимодействуют с магнитными полями - притягиваются или отталкиваются магнитами, но только в тысячи и миллионы раз слабее. Поэтому для того, чтобы заметить притяжение таких веществ к магниту, надо использовать чрезвычайно сильное магнитное поле, которое в домашних условиях и не получишь.

Но раз к магниту притягиваются все вещества, то исходный вопрос можно переформулировать так: «Почему же тогда именно железо так сильно притягивается магнитом, что проявления этого легко заметить в повседневной жизни?» Ответ таков: это определяется строением и связью атомов железа. Любое вещество сложено из атомов, связанных друг с другом своими внешними электронными оболочками. Чувствительны к магнитному полю именно электроны внешних оболочек, именно они определяют магнетизм материалов. У большинства веществ электроны соседних атомов чувствуют магнитное поле «как попало» - одни отталкиваются, другие притягиваются, а какие-то вообще стремятся развернуть предмет. Поэтому если взять большой кусок вещества, то его средняя сила взаимодействия с магнитом будет очень маленькая.

У железа и похожих на него металлов есть особенная черта - связь между соседними атомами такова, что они чувствуют магнитное поле скоординированно. Если несколько атомов «настроены» так, чтобы притягиваться к магниту, то они заставят и все соседние атомы делать то же самое. В результате в куске железа «хотят притягиваться» или «хотят отталкиваться» все атомы сразу, и из-за этого получается очень большая сила взаимодействия с магнитом.

Материалы взяты из интернета