К верхнему концу стержня из мягкого железа поднесли сильный магнит. Стержень намагнитился, и у него появилась способность удерживать железные предметы (рис. 197). Объясните опыт.

рис. 197

Для объяснения данного явления необходимо понять свойства магнитов и намагничивания материалов.

Свойства магнитов

Магниты — это объекты, способные создавать магнитное поле. Они имеют два магнитных полюса: северный (обозначается буквой S) и южный (обозначается буквой N). Магнитное поле распространяется в пространстве вокруг магнита, и его линии всегда выходят из северного полюса и входят в южный.

Магнитные поля взаимодействуют с материалами, обладающими магнитными свойствами, такими как железо, никель, кобальт и другие ферромагнитные материалы. Эти материалы могут временно или постоянно приобретать магнитные свойства под действием внешнего магнитного поля.

Ферромагнитные материалы

Ферромагнитные материалы, такие как мягкое железо, обладают способностью намагничиваться под действием магнитного поля. Это связано с внутренней структурой материала, в которой магнитные моменты атомов могут быть ориентированы в определённом направлении. В состоянии покоя (без внешнего магнитного поля) эти моменты расположены случайным образом, и магнитный эффект материала незаметен. Однако в присутствии сильного магнитного поля магнитные моменты внутри материала начинают упорядочиваться, что приводит к появлению макроскопического магнитного поля у самого материала.

Процесс намагничивания

Когда к верхнему концу стержня из мягкого железа поднесли сильный магнит, произошло следующее:

1. Магнитное поле, создаваемое сильным магнитом, начало влиять на атомы внутри стержня железа.
2. Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов железа упорядочиваются и выстраиваются вдоль направления магнитного поля.
3. В результате стержень приобрёл магнитные свойства. У него также образовались два полюса: вблизи сильного магнита появляется противоположный полюс (если магнит имеет северный полюс, то в стержне формируется южный, и наоборот), а на противоположном конце стержня формируется полюс того же типа, что и у магнита.

Взаимодействие намагниченного стержня с железными предметами

На нижнем конце стержня, который находится вдали от сильного магнита, сформировался магнитный полюс, притягивающий железные предметы. Железные предметы — это ферромагнетики, которые тоже под действием магнитного поля начинают намагничиваться. Появляются силы притяжения между намагниченным стержнем и железными предметами, благодаря чему предметы удерживаются на стержне.

Мягкое железо и его свойства

Мягкое железо — это материал с высокой магнитной восприимчивостью. Оно очень легко намагничивается, но также быстро теряет свои магнитные свойства, если внешнее магнитное поле удаляется. Это объясняет, почему стержень стал магнитным только в присутствии сильного магнита.

Итог

Этот опыт демонстрирует явление индукционного намагничивания, когда ферромагнитный материал временно приобретает магнитные свойства под действием внешнего магнитного поля. На нижнем конце стержня появляется способность притягивать железные предметы, потому что он становится временным магнитом.