Магнітні властивості речовин. Гіпотеза Ампера

 
 

Мабуть, кожен із вас бачив магніти й навіть досліджував їхні властивості. Згадайте: ви підносите магніт до купки дрібних предметів і бачите, що деякі предмети (цвяшки, кнопки, скріпки) чіпляються до магніту, а деякі (шматочки крейди, мідні та алюмінієві монетки, грудочки землі) не реагують на нього. Чому так? Чи дійсно магнітне поле не чинить жодного впливу на деякі речовини? Саме про це йтиметься в параграфі.

порівнюємо дії електричного і магнітного полів на речовину

Вивчаючи у 8 класі електричні явища, ви дізналися, що внаслідок впливу зовнішнього електричного поля відбувається перерозподіл електричних зарядів усередині незарядженого тіла (рис. 5.1). У результаті в тілі утворюється власне електричне поле, напрямлене протилежно зовнішньому. Саме тому електричне поле в речовині завжди послаблюється.

Речовина змінює і магнітне поле. Існують речовини, які (як у випадку з електричним полем) послаблюють магнітне поле всередині себе. Такі речовини називають діамагнетиками. Багато речовин, навпаки, посилюють магнітне поле — це парамагнетики та феромагнетики.

Річ у тім, що будь-яка речовина, поміщена в магнітне поле, намагнічується, тобто створює власне магнітне поле, і магнітна індукція такого поля є різною для різних речовин.

Дізнаємося про слабомагнітні речовини

Речовини, які намагнічуються, створюючи слабке магнітне поле, магнітна індукція якого набагато менша за магнітну індукцію зовнішнього магнітного поля (тобто поля, яке спричинило намагнічування), називають слабомагнітними речовинами. До таких речовин належать діамагнетики та парамагнетики.

Діамагнетики (від грецьк. dia — розбіжність) намагнічуються, створюючи слабке магнітне поле, яке напрямлене протилежно до зовнішнього (рис. 5.2, а). Саме тому діамагнетики незначно послаблюють зовнішнє магнітне поле: магнітна індукція магнітного поля всередині діамагнетика (Бд) трохи менша від магнітної індукції зовнішнього магнітного поля (В0):

Якщо діамагнетик помістити в магнітне поле, він буде виштовхуватися з нього (рис. 5.3). Розгляньте рис. 5.2, а і поясніть, чому діамагнітна речовина виштовхується з магнітного поля.



 

До діамагнетиків належать інертні гази (гелій, неон тощо), багато металів (наприклад, золото, мідь, ртуть, срібло), молекулярний азот, вода та ін. Тіло людини є діамагнетиком, адже воно в середньому на 78 % складається з води.

Парамагнетики (від грецьк. para — поряд) намагнічуються, створюючи слабке магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього магнітного поля (рис. 5.2, б). Парамагнетики незначно посилюють зовнішнє поле: магнітна індукція магнітного поля всередині парамаг-нетика (Вп) трохи більша за магнітну індукцію зовнішнього магнітного поля (В0):

До парамагнетиків належать кисень, платина, алюміній, лужні та лужноземельні метали тощо. Якщо парамагнітну речовину помістити в магнітне поле, то вона буде втягуватися в нього.


Вивчаємо феромагнетики

Якщо слабомагнітні речовини вийняти з магнітного поля, то їхня намагніченість відразу зникне, на відміну від сильномагнітних речовин — феромагнетиків.

Феромагнетики (від латин. ferrum — залізо) — речовини або матеріали, які залишаються намагніченими й у разі відсутності зовнішнього магнітного поля.

Феромагнетики намагнічуються, створюючи сильне магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього магнітного поля (рис. 5.4, 5.5, а). Якщо виготовлене з феромагнетика тіло помістити в магнітне поле, то воно буде втягуватися в це поле (рис. 5.5, б).

Поясніть, чому на постійному магніті утримуються тільки предмети, виготовлені з феромагнітних матеріалів (рис. 5.6)?

До феромагнетиків належить невелика група речовин: залізо, нікель, кобальт, рідкісноземельні речовини та низка сплавів. Феромагнетики значно посилюють зовнішнє магнітне поле: магнітна індукція магнітного поля всередині феромагнетиків (Бф) у сотні й тисячі разів більша за магнітну індукцію зовнішнього магнітного поля (Б0):

Так, кобальт посилює магнітне поле в 175 разів, нікель — у 1120 разів, а трансформаторна сталь (вона на 96-98 % складається із заліза) — у 8000 разів.

Феромагнітні матеріали умовно поділяють на два типи. Матеріали, які після припинення дії зовнішнього магнітного поля залишаються намагніченими довгий час, називають магні-тожорсткими феромагнетиками. Їх застосовують для виготовлення постійних магнітів. Феромагнітні матеріали, які легко намагнічуються і швидко розмагнічуються, називають магнітом’якими феромагнетиками. Їх застосовують для виготовлення осердь електромагнітів, двигунів, трансформаторів, тобто пристроїв, які під час роботи постійно перемагнічуються (про будову та принцип дії таких пристроїв ви дізнаєтеся пізніше).

Зверніть увагу! У разі досягнення температури Кюрі (див. таблицю) феромагнітні властивості магнітом’яких і магнітожорстких матеріалів зникають — матеріали стають парамагнетиками.

Знайомимося з гіпотезою Ампера

Спостерігаючи дію провідника зі струмом на магнітну стрілку (див. рис. 1.1) і з’ясувавши, що котушки зі струмом поводяться як постійні магніти (див. рис. 1.3), А. Ампер висунув гіпотезу щодо пояснення магнітних властивостей речовин.

Ампер припустив, що всередині речовини існує величезна кількість незгасаючих малих колових струмів і що кожний коловий струм, ніби маленька котушка, є магнітиком. Постійний магніт складається з безлічі таких елементарних магнітиків, орієнтованих у певному напрямку.

Механізм намагнічування речовин Ампер пояснював так. У тілі, яке не є намагніченим, колові струми орієнтовані безладно (рис. 5.7, а). Зовнішнє магнітне поле намагається зорієнтувати ці струми так, щоб напрямок магнітного поля кожного струму збігався з напрямком зовнішнього магнітного

поля (рис. 5.7, б). У деяких речовин така орієнтація струмів (намагнічення) залишається й після усунення зовнішнього магнітного поля. Отже, усі магнітні явища Ампер пояснював взаємодією рухомих заряджених частинок.

Гіпотеза Ампера стала поштовхом до створення теорії магнетизму. На підставі цієї гіпотези були пояснені відомі властивості феромагнетиків. Проте, спираючись на гіпотезу Ампера, неможливо було пояснити природу діа- та парамагнетизму, а також те, чому тільки невелика кількість речовин має феромагнітні властивості. Сучасна теорія магнетизму ґрунтується на законах квантової механіки і теорії відносності А. Ейнштейна.

Рис. 5.7. Механізм намагнічування тіл відповідно до гіпотези Ампера: а — колові струми орієнтовані безладно, тіло не є намагніченим; б — колові струми орієнтовані в певному напрямку, тіло намагнічене


Підбиваємо підсумки

Будь-яка речовина, поміщена в магнітне поле, намагнічується, тобто створює власне магнітне поле.

Діамагнетики

Парамагнетики

Феромагнетики

Намагнічуються, створюючи слабке магнітне поле, напрямлене протилежно зовнішньому магнітному полю

Намагнічуються, створюючи слабке магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього магнітного поля

Намагнічуються, створюючи сильне магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього; залишаються намагніченими в разі зникнення зовнішнього магнітного поля

Незначно послаблюють зовнішнє магнітне поле, виштовхуються з нього

Незначно посилюють зовнішнє магнітне поле, втягуються в нього

Посилюють зовнішнє магнітне поле в сотні й тисячі разів, втягуються в нього

Інертні гази, золото, мідь, ртуть, срібло, азот, вода та ін.

Кисень, платина, алюміній, лужні та лужноземельні метали тощо

Залізо, нікель, кобальт, рідкісноземельні речовини (наприклад, неодим), низка сплавів

Контрольні запитання

1. Чому речовина змінює магнітне поле? 2. Наведіть приклади діамагнетиків; парамагнетиків; феромагнетиків. 3. Як напрямлене власне магнітне поле діамагнетика? парамагнетика? феромагнетика? 4. Як у зовнішньому магнітному полі поводиться тіло, виготовлене з діамагнетика? парамагнетика? феромагнетика? 5. Чому феромагнітні матеріали вважають сильномагнітними? 6. Де застосовують магнітом’які матеріали? магнітожорсткі матеріали? 7. Як А. Ампер пояснював намагніченість феромагнетиків?

Вправа № 5

1. Є два види сталі — магнітом’яка та магнітожорстка. Яка сталь є більш придатною для виготовлення постійних магнітів?

2. Які магнітні властивості матиме: а) залізо за 900 °С? б) кобальт за 900 °С?

3. Мідний циліндр підвісили на пружині та помістили в сильне магнітне поле (рис. 1). Як при цьому змінилося видовження пружини?

4. Чому на постійному магніті можна тримати ланцюжок залізних предметів (рис. 2)?

5. У посудині під великим тиском міститься суміш газів (азоту і кисню). Запропонуйте спосіб розділення цієї суміші на окремі компоненти.

6. Скориставшись додатковими джерелами інформації, дізнайтеся про магнітну левітацію. Якими є перспективи її застосування?

Експериментальне завдання

Використавши досить сильний магніт, дослідіть його взаємодію з тілами, виготовленими з різних матеріалів (наприклад, з міді, алюмінію, заліза).

 

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.