§ 13. МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН. ГІПОТЕЗА АМПЕРА

• Назад до змісту

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ

Які з тіл, на вашу думку, притягнуться до магніту, а які не реагуватимуть на нього?

До магніту притягнуться скріпка, цвях і монета номіналом 1 гривня. Шматок алюмінієвої фольги, скляна намистинка, срібний ланцюжок, шматок крейди, аркуш паперу та пластикова кришка на магніт не реагуватимуть.

У скількох випадках ваші припущення не підтвердилися експериментально?

Усі припущення підтвердилися експериментально, тому кількість випадків непідтвердження дорівнює нулю.

1. Що відбувається з речовиною, коли до неї підносять магніт?

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

2. На які класи поділяють речовини за магнітними властивостями?

За магнітними властивостями речовини поділяють на три класи: діамагнетики, парамагнетики та феромагнетики.

Як поводитиметься полум’я свічки в магнітному полі (див. рисунок), якщо продукти згоряння є діамагнітними частинками?

Оскільки продукти згоряння є діамагнітними частинками, вони виштовхуються із зовнішнього магнітного поля, тому полум’я свічки сплющуватиметься та відхилятиметься з області між полюсами магніту вбік слабшого поля.

А ЯК НАСПРАВДІ?

Як ви вважаєте, чи реальні дані наведено?

Наведені дані є реальними, оскільки відносна магнітна проникність феромагнітних матеріалів (кобальту, нікелю та трансформаторної сталі) дійсно становить від кількох сотень до багатьох тисяч одиниць.

Чи варто перевірити цю інформацію?

Так, інформацію з мережевих блогів або сайтів постачальників варто перевіряти для підтвердження її наукової достовірності.

У який спосіб це краще зробити?

Найкраще зробити це шляхом перевірки даних у фізичних довідниках, наукових виданнях або академічних підручниках.

Який полюс матиме нижній кінець першої скріпки? верхній кінець другої скріпки?

Нижній кінець першої скріпки матиме південний полюс (S), а верхній кінець другої скріпки — північний полюс (N).

3. Як гіпотеза Ампера пояснює магнітні властивості феромагнетиків?

Гіпотеза Ампера пояснює магнітні властивості феромагнетиків тим, що всередині речовини існує величезна кількість незгасних малих колових струмів, кожен з яких утворює власне магнітне поле. У ненамагніченому тілі ці струми орієнтовані хаотично, а під дією зовнішнього магнітного поля вони повертаються в одному напрямку, створюючи сильне результуюче магнітне поле.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що відбувається з речовиною, коли вона потрапляє в магнітне поле?

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

2. Наведіть приклади діамагнетиків; парамагнетиків; феромагнетиків.

Прикладами діамагнетиків є інертні гази, золото, мідь, ртуть, срібло, азот, вода, деревина та графіт. До парамагнетиків належать кисень, платина та алюміній. До феромагнетиків належать залізо, нікель, кобальт і неодим.

3. Як у зовнішньому магнітному полі поводиться тіло, виготовлене з діамагнетика? парамагнетика? феромагнетика?

Тіло з діамагнетика незначно послаблює зовнішнє магнітне поле та виштовхується з нього. Тіло з парамагнетика незначно посилює зовнішнє магнітне поле та слабо втягується в нього. Тіло з феромагнетика значно посилює зовнішнє магнітне поле та сильно втягується в нього.

4. Де застосовують магнітом’які матеріали? магнітожорсткі матеріали?

Магнітом’які матеріали застосовують для виготовлення осердь електромагнітів, двигунів, трансформаторів та інших пристроїв, які під час роботи постійно перемагнічуються. Магнітожорсткі матеріали застосовують для виготовлення постійних магнітів.

5. У чому полягає гіпотеза Ампера?

Гіпотеза Ампера полягає в тому, що магнітні властивості речовин пояснюються існуванням усередині речовини незгасних малих колових струмів.

ВПРАВА № 13

1. З якої речовини може бути виготовлений шуруп, зображений на рис. 1?

Шуруп, зображений на рисунку 1, може бути виготовлений зі сталі, оскільки вона має феромагнітні властивості й сильно притягується до магніту.

2. Як поводитимуться залізний цвях, алюмінієва ложка та графітовий стрижень від олівця під час піднесення до них магніту?

Залізний цвях буде сильно притягуватися до магніту (феромагнетик), алюмінієва ложка буде незначно притягуватися (парамагнетик), а графітовий стрижень від олівця буде незначно відштовхуватися (діамагнетик).

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

Для виготовлення постійних магнітів більш придатною є магнітожорстка сталь, оскільки вона залишається намагніченою протягом тривалого часу після зняття зовнішнього магнітного поля.

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

а) Залізо за температури 900 °С матиме властивості парамагнетика, адже ця температура є вищою за його точку Кюрі; б) кобальт за температури 900 °С зберігатиме властивості феромагнетика, оскільки його точка Кюрі перевищує 900 °С.

5. Виберіть ті фото, на яких проілюстровано практичне використання магнітних властивостей феромагнетиків. Поясніть свій вибір.

Практичне використання магнітних властивостей феромагнетиків проілюстровано на фото Б та Г. На фото Б металеві ножі утримуються на магнітній планці, а на фото Г використано магнітні фішки на ігровій панелі, що можливе завдяки сильному притяганню феромагнітних матеріалів до постійних магнітів.

6. Мідний циліндр підвісили на пружині та помістили в сильне магнітне поле (рис. 2). Як при цьому змінилося видовження пружини?

Мідь є діамагнетиком, тому вона виштовхується із зовнішнього магнітного поля. Унаслідок дії сили виштовхування з боку магнітного поля видовження пружини незначно зменшилося.

7. Чому на постійному магніті можна тримати ланцюжок залізних предметів (рис. 3)?

Залізні предмети є феромагнетиками й під дією зовнішнього магнітного поля постійного магніту намагнічуються, стаючи тимчасовими магнітами. Кожен такий предмет утворює на своєму протилежному кінці магнітний полюс і притягує наступне залізне тіло, утворюючи суцільний ланцюжок.

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

Для розділення суміші необхідно помістити її в потужне магнітне поле. Кисень є парамагнетиком і втягуватиметься в ділянку сильного магнітного поля, а азот є діамагнетиком і послаблює магнітне поле, що дає змогу відокремити один газ від іншого.

9. Скориставшись додатковими джерелами інформації, дізнайтеся про магнітну левітацію та перспективи її використання.

Магнітна левітація — це технологія утримання об’єкта в повітрі без механічного контакту за допомогою взаємодії магнітних полів (відштовхування або притягання). Головними перспективами її використання є створення високошвидкісних поїздів на магнітній подушці (маглев), застосування безконтактних магнітних підшипників у турбінах і промислових механізмах для усунення тертя та зношування, а також розробка транспортних систем у вакуумних тунелях.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Використавши магніт, скріпки та плоский сталевий предмет, з’ясуйте, що відбуватиметься у випадку, якщо між магнітом і скріпками розмістити цей сталевий предмет.

Якщо між магнітом і скріпками розмістити плоский сталевий предмет, він виконуватиме роль магнітного екрана, перенаправляючи магнітні лінії всередині себе як феромагнетика. У результаті магнітне поле з іншого боку сталевої пластини значно послабне, і скріпки перестануть притягуватися та відпадуть.