Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом?
Интересно
Возможность магнита притягивать к себе различные металлические предметы наверняка хорошо знакома каждому. Присутствие их в повседневной жизни остается практически незамеченным, например, в виде различных изображений на дверцах холодильника. Не говоря уже о применении магнитов в медицине и других отраслях. Как устроен магнит и какие вещества он притягивает, помимо железа?
Что такое магнит и как он устроен?
Магнит – это тело, которое обладает собственным магнитным полем. Магниты бывают нескольких видов:
- Постоянные – изделия, которые после однократного намагничивания сохраняют данное свойство. Магниты разделяются на несколько подвидов в зависимости от силы и других параметров.
- Временные – функционируют по принципу постоянных, но лишь тогда, когда располагаются в сильном магнитном поле. Например, изделия из так называемого мягкого железа (гвозди, скрепки и т.п.).
- Электромагниты представляют собой провода, плотно намотанные на каркас. Как правило, такое устройство оснащено железным сердечником. Работает оно лишь при условии прохождения по проводу электрического тока.
Постоянный магнит – наиболее привычный и распространенный. Для его изготовления чаще всего используют следующие сочетания материалов:
- неодим-железо-бор;
- альнико или сплав ЮНДК (железо, алюминий, никель, кобальт);
- самарий-кобальт;
- ферриты (соединения оксидов железа и других металлов-ферримагнетиков).
Любой магнит имеет южный и северный полюс. Одинаковые полюса отталкиваются, а противоположные – притягиваются.
Почему магнит притягивает лишь определенные вещества?
Принцип его работы построен на создании магнитного поля при помощи движущихся электронов. В целом электрон является простейшим магнитом. А любая заряженная частица, находящаяся в движении, образует магнитное поле. Если движущихся частиц много, а их перемещение происходит вокруг одной оси, получается тело с магнитными свойствами.
Почему в таком случае магнит не притягивает все вещества подряд? В состав атома входит ядро, а также электроны, вращающиеся вокруг него. У электронов есть специальные уровни, по которым они вращаются, или орбиты. На каждом таком уровне расположено по 2 электрона. Причем вращаются они в разных направлениях.
Однако есть вещества под названием ферромагнетики. Некоторые электроны у них непарные. Соответственно, определенное их количество может вращаться в одном и том же направлении. Так создается магнитное поле вокруг каждого атома вещества.
Обычно атомы находятся в произвольном порядке. В таком случае поля уравновешивают друг друга. Но если же направить магнитные поля всех атомов в одном направлении, получается магнит. Примечательно, что притягиваться могут разные металлы и другие вещества, но намного слабее по сравнению с ферромагнетиками. Чтобы ощутить притяжение, необходимо задействовать очень сильный магнит.
Направление магнитного поля
К ферромагнетикам относятся такие металлы, как железо, кобальт, никель, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий. Также аналогичными свойствами характеризуются некоторые металлические сплавы и соединения. Количество ферромагнетиков неметаллического происхождения не так велико или пока мало изучено. К ним относится, например, оксид хрома.
Магнитной восприимчивостью характеризуются вещества (преимущественно металлы), которые обладают определенной структурой. Их называют ферромагнетиками – это вещества, у которых магнитные поля атомов складываются в одном направлении. Помимо железа, к ферромагнетикам относятся кобальт, никель, тербий, гадолиний, диспрозий, гольмий, эрбий. Также магнит притягивает некоторые сплавы и даже неметаллические вещества – например, оксид хрома.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Что притягивает магнит?
Известное свойство магнита — притягивать металлические предметы. У многих на холодильник висит несколько магнитиков из разных городов. Кроме этого, магнит получил огромную популярность в медицине. Что притягивает магнит кроме железа ?
Какие металлы взаимодействуют с магнитом?
В присутствии магнита и его магнитного поля различные металлы ведут себя по-разному. Железо, кобальт и никель имеют ярко выраженные свойства притягиваться к магниту. Другие материалы менее подвержены притяжению магнита, отдельные металлы отталкиваются от него. Черный металл не просто притягивается к магниту, но и под воздействием магнитного поля намагничивается.
Что притягивает неодимовый магнит :
Яркий представитель ферромагнитного материала – сталь, то есть сплав железа с другими металлами. Она имеет более высокую твердость, по сравнению с железом, поэтому дольше сохраняет магнетизм. При нагревании ферромагнитные сплавы теряют свойства намагничиваться.
Ферромагнитные материалы – магнетит, ферриты и магний. В их составе содержится оксид железа с оксидами других металлов. Большинство ферримагнитных материалов являются намагниченными естественным путем, поэтому имеют высокое магнитное поле, что позволяет им хорошо притягиваться к магниту.
Парамагнитные материалы притягиваются к магниту слабее и после удаления магнита не сохраняют намагниченность. Это алюминий, медь и платина. Свойства намагничиваться зависят от температуры металла. В естественном состоянии такие материалы практически не притягиваются магнитом.
Поисковой магнит, что притягивает?
Серебро можно разделить на два типа – металл, который магнитится и не обладает такими свойствами. Свойства намагничивания зависят от посторонних примесей в составе серебра. При использовании неодимового магнита высока вероятность найти старинные серебряные столовые приборы и сервизы. В таком серебре высокое содержание лигатуры, которая отвечает за свойства намагничиваться.
Нержавеющая сталь содержит примеси и сплавы, в зависимости от которых обладает различными свойствами намагничиваться. Сегодня можно выделить лишь несколько разновидностей, которые не притягиваются к магниту. В большинстве случаев в составе нержавейки содержится от 12% до 20% хрома, поэтому она хорошо притягивается. Теперь вы знаете, что притягивает поисковый магнит, кроме железа .
Что можно найти с помощью поискового магнита?
Что притягивает магнит лучше всего? Предметы из железа и чугуна. Чаще всего поисковики используют магнит для поиска предметов истории. Со дна водоема часто можно поднять оружие, клады и артефакты времен Великой Отечественной войны. Многие изделия, в составе которых содержится железо или ферримагнитный металл, можно вытянуть с помощью поискового магнита. Существует достаточно большой список ценных монет, которые можно найти с помощью неодимового магнита. В монетах среднего номинала присутствует хром или никель, и они отлично притягиваются к магниту, поэтому велик шанс, вытянуть со дна реки, либо из земли, ценный предмет.
Постоянный магнит: взаимодействие с объектами, магнитное поле, размагничивание
Постоянные магниты – это вещества, которые обладают постоянной магнитной силой. Концы постоянных магнитов называются полюсами. У каждого магнита два полюса: северный (N) и южный (S). На некоторых магнитах они отмечены двумя цветами (чаще всего синим и красным).
Постоянные магниты в отличие от электромагнитов, не требуют электричества для создания своего магнитного поля. Постоянные магниты всегда состоят из ферромагнитных материалов, элементарные магниты которых, атомные спины, выровнены параллельно в процессе намагничивания. Это может произойти при охлаждении расплавленных ферромагнитных пород. Такая горная порода (магнетиты) была исторически найдена древними греками около города Магнесия (город в Малой Азии). Таким образом, город Магнезия является историческим эпонимом магнетизма.
Небольшие постоянные магниты используются для сбора мелких металлических деталей или для крепления легких предметов к магнитным доскам. Например, наконечники некоторых отверток намагничены, что позволяет удерживать металлический винт в поворотном шлице. Постоянные магниты также используются там, где необходимо создать электрический ток в небольших генераторах с помощью электромагнитной индукции. Примером этого является динамо-машина для велосипеда.
Как магниты взаимодействуют с другими объектами?
Ещё древнегреческий ученый Фалес Милетский заметил, что предметы из магнетита взаимодействуют с предметами, содержащими железо.
Поднося магнит к предметам, изготовленным из различных материалов, можно установить, что магнитом притягиваются очень не многие из них. Хорошо притягиваются магнитом чугун, сталь, железо и некоторые сплавы, гораздо слабее никель и кобальт. Вообще не притягиваются магнитами тела из цветным металлов, например, медь, алюминий и другие.
Постоянные магниты могут притягивать ферромагнитные вещества (например, железо) или отталкивать друг друга на одноименных полюсах (северный полюс к северному полюсу, южный полюс к южному полюсу). По сути, тела, длительное время сохраняющие намагниченность, и есть постоянные магниты или просто магниты.
Северный полюс постоянного магнита притягивает южный полюс другого постоянного магнита и наоборот. Между одноименными полюсами (северный полюс к северному полюсу, южный полюс к южному полюсу), напротив, действуют отталкивающие магнитные силы.
Рис. 1. Постоянные магниты
Однако постоянные магниты могут быть получены и искусственным путем. В этом процессе сильные ферромагнитные металлы, обычно сплавы, такие как самарий-кобальт, намагничиваются сильным внешним магнитным полем. Этот процесс намагничивания демонстрирует так называемый гистерезис, то есть несимметричное поведение материала при увеличении и последующем уменьшении внешнего магнитного поля. Гистерезис возникает потому, что выравнивание элементарных магнитов в ферромагните стабилизируется обменным взаимодействием, поэтому материал, который уже был намагничен, имеет другие свойства, чем ферромагнит, который еще не был намагничен.
Благодаря гистерезису магнитное поле сохраняется в ферромагните даже при отключении внешнего магнитного поля. Таким образом, намагниченный материал становится постоянным магнитом. Оставшаяся плотность магнитного потока называется остаточной намагниченностью.
Магнитное поле постоянных магнитов.
Магниты взаимодействуют не только с другими объектами, но и друг с другом. Пространство вокруг магнита, в котором действуют магнитные силы, называется магнитным полем.
А именно, если приблизить красный северный полюс стержневого магнита к северному полюсу второго, вращающегося магнита, то северный полюс этого магнита отворачивается от северного полюса стержневого магнита, – это работает как сила между двумя северными полюсами магнитов, и два одинаковых полюса отталкиваются друг от друга.
Если, с другой стороны, приблизить зеленый южный полюс стержневого магнита к красному северному полюсу вращающегося магнита, то северный полюс повернется к южному полюсу стержневого магнита. Между двумя разными полюсами также действует сила. Два разных полюса притягиваются друг к другу.
В обоих случаях действует следующее: если вы снова уберете стержневой магнит, поворотный магнит вернется в исходное положение. Применимо следующее: чем больше расстояние между полюсами, тем меньше силовое воздействие и, следовательно, отклонение магнита.
Силовое воздействие между полюсами магнитов
С помощью железных опилок можно получить представление о виде магнитного поля постоянных магнитов. Рисунок 2 даёт представление о картине магнитного поля полосового магнита. Как магнитные линии магнитного поля электрического тока, так и магнитные линии магнитного поля магнита – это замкнутые линии. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита, так же как магнитные линии катушки с электрическим током.
Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
Рис. 2. Опыт с железными опилками, которые расположились согласно силовым линиям магнитного поля полосового магнита
Что произойдет, если мы попытаемся разделить один магнит на два? Если мы повторим эксперименты с каждым из кусочков, мы обнаружим, что вокруг каждого из них есть магнитное поле. Оказалось, что из одного магнита были созданы два магнита. Мы никогда не можем получить один магнитный полюс. Как итог, магнитные полюса в магнитах всегда расположены попарно.
Размагничивание.
Размагничивание постоянного магнита возможно под воздействием тепла, сильной механической вибрации или сильного внешнего магнитного поля.
В то время как электромагнит может быть выключен простым выключением электрического тока, а полярность можно изменить, изменив направление электрического тока на противоположное, “выключить” постоянный магнит не представляется возможным. Отсюда и термин “постоянный”.
Постоянный магнит остается магнитным до тех пор, пока выравнивание атомных спинов не будет снова нарушено внешним воздействием (тепло, сильные удары, магнитные поля). Тогда магнитные силы исчезают, и материал приходится намагничивать заново. В крайних случаях материал может быть даже поврежден. Поэтому каждый постоянный магнит имеет максимальную рабочую температуру. При превышении этой температуры возможны повреждения. Выше температуры Кюри, характерной для конкретного материала, магнит в любом случае полностью размагничивается.
Сила магнитного поля постоянного магнита.
Сила магнитного поля постоянного магнита зависит от используемого материала, а также от точности, с которой осуществляется намагничивание материала. Намагничивание приводит к высокой остаточной намагниченности только в том случае, если достигается полное выравнивание всех спинов атомов. Для этого требуются подходящие материалы и технические ноу-хау.
Как описывается уравнениями Максвелла, – магнитные поля всегда исходят от движущихся зарядов. Существуют только магнитные поля, обусловленные движением заряда, которые всегда создают магнитное поле с северным и южным полюсом.
Силы магнитного поля постоянных магнитов объясняются микроскопическим движением зарядов в веществе. Например, электроны в атомах движутся с огромной скоростью. Электроны имеют характерный электронный спин. Из общего состояния движения электронов возникает магнитный момент и, следовательно, сила магнитного поля.
Магнитные силы всегда действуют вдоль магнитного поля. Это может быть представлено линиями поля. Линии поля также указывают направление и величину магнитных сил.
Рис. 3. Магнитное поле постоянного магнита
На рисунке 3 вы можете видеть, что петля проводника с электрическим током (слева) создает магнитное поле. Величина этого магнитного поля измеряется магнитным моментом. В ферромагнитном материале существует множество магнитных моментов (центр рисунка). Если все они выровнены параллельно, создается постоянный магнит. Постоянный магнит имеет магнитное поле, идентичное магнитному полю катушки. На представленном рисунке схематично обозначены только несколько линий магнитного поля.
Постоянные магниты могут быть изготовлены в широком разнообразии форм. Например, подковообразный магнит показан на рисунке 3 справа. В подковообразном магните северный и южный полюса расположены напротив друг друга. Поскольку линии магнитного поля всегда замкнуты как единое целое, они проходят от северного полюса к южному, а затем возвращаются к северному полюсу в материале. В воздушном пространстве подковообразного магнита это приводит к однородному магнитному полю с силовыми линиями, проходящими параллельно между полюсами.
Что из этого притягивается к магниту лучше
Что лучше всего притягивается к магнитам?
Это чугун, сталь, железо и некоторые сплавы. Также притягивается никель и кобальт, но значительно слабее.
Естественные магниты
Также в природе встречаются и естественные магниты. Например, железная руда. Из-за ее свойств ее называют магнитным железняком. Богатые залежи этого минерала зафиксированы на Урале, в Карелии, Курской области и других местах.
Если рядом с железом, сталью, никелем и кобальтом оказывается магнитный железняк, то эти металлы приобретают магнитные свойства. Именно поэтому магнитный железняк и открыл людям возможность наблюдать эти свойства.
Взаимодействие магнитной стрелки и магнита
Теперь возьмем магнит и поднесем его к магнитной стрелке (рисунок 7). Что мы увидим?
Северный полюс магнитной стрелки оттолкнулся от северного полюса магнита. Он притягивается к его южному полюсу.
В это же время южный полюс магнитной стрелки отталкивается от южного полюса магнита и притягивается к северному.
Взаимодействие полюсов магнитов между собой
Так как взаимодействуют между собой полюсы магнитов? Вышеописанные и другие опыты подводят нас к выводам (рисунок 8).
Разноименные магнитные полюсы притягиваются, а одноименные — отталкиваются.
Это легко запомнить. Аналогия проходит с электрическими зарядами: одноименные отталкиваются, а разноименные притягиваются.
При этом сила взаимодействия будет прямо пропорциональна расстоянию между полюсами взаимодействующих магнитов.
Это применимо и к магнитным стрелкам, и к постоянным магнитам, и к электромагнитам.
Но чем объясняется это явление? Все дело в существовании магнитного поля вокруг любого магнита. Магнитные поля взаимодействующих магнитов обоюдно действуют друг на друга.
Разница магнитных и электрических взаимодействий
Хоть мы и провели аналогию с электрическими зарядами, это не позволяет применять нам все законы электричества к магнетизму.
Например, есть одно очень большое отличие. Мы можем разделять электрические заряды. Это происходит при электризации в источниках тока. А вот полюсы магнита неразделимы. Если мы разрежем магнит на части, у нас все равно не получится отделить один полюс от другого. Мы просто получим два новых магнита (рисунок 9).
Разделяемые части могут равными или разными — результата все равно один. Получатся новые магниты, каждый из которых будет иметь два полюса и нейтральную зону.
Магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Линии замыкаются внутри магнита.
Магнитное поле, созданное двумя магнитами
Как будет выглядеть магнитное поле, созданное сразу двумя магнитами?
Если два магнита расположить друг к другу одноименными полюсами, то получим результат, показанный на рисунке 11.
Если два магнита расположить друг к другу разноименными полюсами, то получим совсем другую картину (рисунок 12).
Подтверждение вышесказанному вы можете легко получить, проводя тот же опыт с опилками. Опилки выстроятся вдоль магнитных линий, изображенных на рисунках выше.
Упражнения
Упражнение №1
Предложите способ определения полюсов намагниченного стального стержня.
Это можно сделать с помощью магнитной стрелки. Поднесите ее к одному из концов стального стержня. Посмотрите, в каком положении она установится. Если магнитная стрелка повернется к стержню южным полюсом, то этот конец стержня является его северным полюсом (рисунок 13).
К южному полюсу стержня стрелка повернется своим северным полюсом. Помните: разноименные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.
Упражнение №2
Какую форму надо придать проводу, чтобы при наличии тока в нем силовые линии его магнитного поля были расположены так же, как у полосового магнита?
Для этого нам нужно намотать этот проводник на катушку. Силовые линии магнитного поля катушки с током расположены так же, как и у полосового магнита (рисунок 14).
Задания
Задание №1
Дугообразный магнит поднесите к листу картона. Магнит не притянет его. Затем положите картон на мелкие гвозди и снова поднесите магнит. Лист картона поднимется, а за ним и гвозди. Объясните явление.
Магниты притягивают к себе не все материалы. Так, картон не притягивается к магниту, поэтому он останется неподвижен.
Когда вы положите картон на гвозди и поднесете магнит, то картон поднимется вместе с гвоздями. Точнее говоря, магнит будет притягивать к себе гвозди (так они сделаны из железа). Под действием магнитного поля магнита гвозди придут в движение и поднимут на себе картон (рисунок 15).
Задание №2
Положите дугообразный магнит на край стола. Тонкую иглу с ниткой положите на один из полюсов магнита. Затем осторожно потяните иглу за нить, пока игла не соскочит с полюса магнита. Игла зависает в воздухе (рисунок 16). Объясните явление.
Когда игла соскользнет с полюса магнита, она все еще будет находиться в его магнитном поле. Магнит продолжит притягивать ее. В этот момент сила натяжения нити уравновешивает силу притяжения магнита. Так будет казаться, что игла зависла в воздухе. Если же расслабить нить, то игла снова притянется к магниту и «прилипнет» к нему.