Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/2000/05/kv0500kaleid.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:26:03 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:34:41 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: http www.badastronomy.com phpbb index.php

КАЛЕЙДОСКОП
Раздался голос, взор мой понуждая Оборотиться, как иглу звезда. Данте

'КВАНТА'

чем их положение относительно токов, из которых этот магнит состоит. Андре Мари Ампер Я попытался дать вам качественные объяснения диамагнетизма и парамагнетизма, однако хочу тут же внести поправку и сказать, что с точки зрения классической механики честным путем понять магнитные эффекты невозможно. Подобные магнитные эффекты явления целиком квантово-механические. Ричард Фейнман

Осмотрев и изучив в большом количестве то, что извлекается из высоких гор, морских глубин, подземных пещер и потаенных рудников, мы долго и много, с большим старанием занимались исследованием магнитных сил. УильямГильберт магнитные явления вызываются исключительно электричеством и нет иной разницы между двумя полюсами магнита,

А так ли хорошо знакома вам

взаимосвязь вещества и магнитного поля

?

От первых попыток многовековой давности приспособить естественные магниты для своих нужд, прежде всего для навигации, человек прошел гигантский путь в понимании тончайших процессов, происходящих внутри окружающих нас тел при их помещении в магнитное поле. Следующие одно за другим открытия воплощались в электрических машинах и трансформаторах, приборах для записи и воспроизведения звука, находили применение в совершенствовании средств связи и вычислительной техники. Рождение магнетохимии, изучающей магнитные свойства веществ и их связь со строением молекул; использование магнитострикции, т.е. способности тел менять форму и размеры при намагничивании, для производства ультразвука и применение фотоэлектромагнитного эффекта в качестве инструмента для оценки качества полупроводников; разработка ферритов как альтернативы металлическим магнитам; установление взаимозависимости между сверхпроводимостью и магнетизмом многим оказался славен уходящий век в исследовании магнитных материалов. Однако он вовсе не исчерпал все связанные с ними задачи их хватит и на ваш век! Уж очень заманчивы перспективы работы с веществами, обладающими неведомыми ранее магнитными свойствами, и устройствами на их ос-

нове, отличающимися высокой надежностью, миниатюрностью, огромной информационной емкостью. А сколько интересных, порой загадочных, проявлений магнетизма в живой природе! Так что пусть вас не смущают слова Р.Фейнмана о сложности изучения магнитных явлений. Не забывайте, что издавна, по крайней мере со времен Данте, магнетизм завораживал даже поэтов, а само слово 'магнит' во французском языке происходит от глагола 'любить'. И если эта тема притянет вас, как магнит, успех обеспечен!

тока, а по периметру погружено медное кольцо, соединенное с отрицательным полюсом. Что произойдет при замыкании цепи? 6. Длинная и тонкая незаряженная пластинка из немагнитного металла движется с постоянной скоростью перпендикулярно линиям магнитной индукции, как показано на рисунке. При этом
* L

Вопросы и задачи
1. Отчего вертикально стоящие стальные оконные решетки с течением времени намагничиваются? На каком конце вертикального прута возникает северный полюс и на каком южный? 2. Действительно ли постоянны постоянные магниты? 3. Можно ли намагнитить железный шарик? 4. Почему электромагнитный кран не применяют для переноски горячего проката? 5. Кювета с раствором медного купороса помещена между полюсами сильного электромагнита (поверхность жидкости перпендикулярна магнитному полю). В центре кюветы в раствор опущен медный электрод, соединенный с положительным полюсом источника

между боковыми плоскостями пластинки возникает разность потенциалов. Почему? 7. Можно ли защититься от внешнего магнитного поля с помощью ферромагнитной оболочки, подобно экранировке от электростатических полей? 8. Почему колебания стрелки компаса затухают быстрее, если корпус прибора латунный, и медленнее если пластмассовый? 9. Зачем сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин? 10. Зависит ли индуктивность катушки с железным сердечником от силы тока в ней?


11. Как изменится магнитное поле катушки с током, если в нее ввести сердечник: а) железный; б) алюминиевый; в) медный? 12. При исследовании магнитной проницаемости жидкостей их поочередно наливают в сообщающийся сосуд, одно из колен которого помещают между полюсами сильного электромагнита. Отчего одни жидкости поднимаются в этом колене, а другие опускаются? 13. Отчего пламя свечи, помещенное между полюсами магнита, выталкивается наружу? 14. Что произойдет в кольце, когда в него введут магнит, если кольцо сделано из: а) диэлектрика; б) проводника; в) сверхпроводника? 15. По сверхпроводящему кольцу радиусом r идет ток. Форму кольца меняют так, как изображено на рисунке. Как изменится индукция магнитного поля в центре уменьшенного кольца по сравнению с индукцией в центре первоначального кольца?

Микроопыт Тонкий железный гвоздь подвесьте на легкой несгораемой нити так, чтобы при включении сильного электромагнита, находящегося поблизости, гвоздь отклонялся, попадая в пламя горелки. Вы увидите, что через некоторое время, словно 'обжегшись', гвоздь выскакивает из пламени и возвращается в исходное положение. Затем все повторяется. В чем причина периодических движений гвоздя? Любопытно,что
первым обстоятельным трудом о свойствах и методах применения магнита, в котором шла речь о магнитном камне и были даны указания, как находить у него полюса и намагничивать им железную иглу, был появившийся во Франции в 1269 году рукописный трактат 'Послание о Магните Пьера де Марикур, по прозванию Пе-

регрина, к рыцарю Сигеру де Фукокур'. еще Гильберт предположил, что в природе должны существовать 'магнитные заряды' северный и южный. Эти воззрения были развиты Кулоном, установившим закон взаимодействия таких 'зарядов', в точности совпадающий с известным законом для зарядов электрических. И только Ампер, объяснив все магнитные явления с помощью элементарных электрических токов, сделал гипотезу об особых магнитных зарядах излишней. любому вращающемуся телу, в том числе и планетам, должно быть присуще небольшое намагничивание. Попытки обнаружить его предпринимал еще выдающийся российский физик П.Н.Лебедев. Впоследствии, на более совершенном оборудовании, это явление подтвердилось, в частности было измерено намагничивание стержня при его вращении вокруг продольной оси. суммарная магнитная проницаемость сплава диамагнитного золота и парамагнитной платины падает на два порядка по сравнению с обычными неферромагнитными веществами. в отличие от парамагнетиков и диамагнетиков, магнитная проницаемость ферромагнитных веществ определяется интенсивностью внешнего магнитного поля. Так, у железа магнитная проницаемость в слабых полях может достигнуть значений в несколько тысяч единиц, а в сильных полях ее значения снижаются до сотен единиц и ниже. При температурах же выше так называемой точки Кюри (для железа она равна 767 њС) все ферромагнетики становятся парамагнетиками. некоторые сплавы парамагнитных и диамагнитных металлов, например так называемый сплав Гейслера из меди, марганца и алюминия, почти не уступают по своим магнитным свойствам железу. Сейчас получены вполне 'работоспособные' магниты из органических материалов. магниты, изготовленные из соединений самария и кобальта, обладают огромной подъемной силой. Магнит в виде маленького

шарика способен удерживать груз, в сотни раз превышающий по массе сам шарик. не очень сильное магнитное поле, в которое помещен сверхпроводник, вытесняется из его толщи, а достаточно сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние. Этот эффект можно использовать для создания логических элементов памяти в ЭВМ на сверхпроводниках. благодаря новым открытиям в магнетизме, становится реальным производство устройств памяти со сверхплотной записью информации, когда на площади с ноготь большого пальца (любимое сравнение американских компьютерщиков) разместятся десятки тысяч копий 'Одиссеи' Гомера. в сверхсильных магнитных полях, например на поверхности нейтронных звезд, атомы вещества образуют полимерные цепочки, выстроенные вдоль линий поля. Они столь крепки, что даже при температуре в миллионы градусов вещество пребывает в кристаллическом состоянии. В подобных полях диэлектрик может стать металлом и наоборот.

Что читать в 'Кванте' о взаимосвязи вещества и магнитного поля (публикации последних лет) 1. 'Точка Кюри' 1996, ?2, с.35; 2. 'Магниты, заряды, планеты' 1996, ?3, с.40; 3. 'Можно ли увидеть магнитное поле?' 1996, ?6, с.37; 4. 'Как устроены металлы?' 1997, ?2, с.2; 5. 'Магнитная монополия' 1998, ?2, с.2; 6. 'Магниты бывают без металла' 1998, ?3, с.17; 7. 'ФЭМ- эффект' 1998, ?4, с.3; 8. 'Катушки индуктивности в электрических цепях' 1998, ?4, с.44 или 1999, Приложение ?2, с.90; 9. 'Осторожно: магнитное поле' 1999, ?3, с.41; 10. 'Страсти по сверхпроводимости в конце тысячелетия' 2000, ?1, с.2. Материал подготовил А.Леонович