За последние 50 лет все отрасли наук шагнули стремительно вперед. Но прочитав множество журналов о природе магнетизма и гравитации, можно прийти к выводу, что у человека появляется еще больше вопросов, чем было.

Природа магнетизма и гравитации

Всем очевидно и понятно, что предметы, подброшенные вверх, стремительно падают на землю. Что же их притягивает? Можно смело предположить, что они притягиваются какими-то неведомыми силами. Те самые силы получили название - природная гравитация. После каждый интересующийся сталкивается со множеством споров, догадок, предположений и вопросов. Какова природа магнетизма? Чем являются В результате какого воздействия они образуются? В чем проявляется их сущность, а также частота? Как они воздействуют на окружающую среду и на каждого человека по отдельности? Как рационально можно использовать это явление во благо цивилизации?

Понятие магнитизма

В начале девятнадцатого века физик Эрстед Ханс Кристиан открыл магнитное поле электрического тока. Это дало возможность предполагать, что природа магнетизма тесно взаимосвязана с электрическим током, который образуется внутри каждого из существующих атомов. Возникает вопрос, какими явлениями можно объяснить природу земного магнетизма?

На сегодняшний день установлено, что магнитные поля в намагниченных объектах зарождаются в большей степени электронами, которые беспрерывно делают обороты вокруг своей оси и около ядра существующего атома.

Давно установлено, что хаотичное перемещение электронов являет собой самый настоящий электрический ток, а его прохождение провоцирует зарождение магнитного поля. Подводя итог этой части, можно смело утверждать, что электроны вследствие своего хаотичного перемещения внутри атомов порождают внутриатомные токи, которые, в свою очередь, способствуют зарождению магнитного поля.

Но чем же обусловлено то, что в разных материях магнитное поле имеет значительные отличия в собственной величине, а также различную силу намагничивания? Это связано с тем, что оси и орбиты перемещения самостоятельных электронов в атомах способны быть в разнообразных положениях относительно друг друга. Это приводит к тому, что в соответствующих положениях располагаются и произведенные перемещающимися электронами магнитные поля.

Таким образом, следует отметить, что среда, в которой зарождается магнитное поле, оказывает воздействие непосредственно на него, преумножая или ослабевая само поле.

Поле которых ослабляет результирующее поле, получили название диамагнитные, а материалы, весьма слабо усиливающие магнитное поле, именуются парамагнитными.

Магнитные особенности веществ

Следует отметить, то природа магнетизма зарождается не только благодаря электрическому току, но и постоянными магнитами.

Постоянные магниты могут быть изготовлены из небольшого количества веществ на Земле. Но стоит отметить, что все предметы, которые будут находиться в радиусе магнитного поля, намагнитятся и станут непосредственными Проведя анализ вышеизложенного, стоит добавить, что вектор магнитной индукции в случае наличия вещества отличается от вектора вакуумной магнитной индукции.

Гипотеза Ампера о природе магнетизма

Причинно-следственная связь, в результате которой была установлена связь обладания тел магнитными особенностями, была открыта выдающимся французским ученым Андре-Мари Ампером. Но в чем состоит гипотеза Ампера о природе магнетизма?

История положила свое начало благодаря сильному впечатлению от увиденного ученым. Он стал свидетелем исследований Эрстеда Лмиера, который смело предположил, что причиной магнетизма Земли являются токи, которые регулярно проходят внутри земного шара. Был сделан основополагающий и самый весомый вклад: магнитные особенности тел можно было объяснить беспрерывной циркуляцией в них токов. После Ампер выдвинул следующее заключение: магнитные особенности любого из существующих тел определены замкнутой цепью электрических токов, протекающих внутри них. Заявление физика было смелым и отважным поступком, поскольку он перечеркнул все предшествующие открытия, объяснив магнитные особенности тел.

Перемещение электронов и электрический ток

Гипотеза Ампера гласит, что внутри каждого атома и молекулы существует элементарный и циркулирующий заряд электрического тока. Стоит отметить, что на сегодняшний день нам уже известно, что те самые токи образуются в результате хаотичного и беспрерывного перемещения электронов в атомах. Если оговариваемые плоскости находятся беспорядочно относительно друг к друга вследствие теплового перемещения молекул, то их процессы взаимокомпенсируются и совершенно никакими магнитными особенностями не владеют. А в намагниченном предмете простейшие токи направлены на то, чтобы их действия слаживались.

Гипотеза Ампера в силах объяснить, почему магнитные стрелки и рамки с электрическим током в магнитном поле ведут себя идентично друг другу. Стрелку, в свою очередь, следует рассмотреть как комплекс небольших контуров с током, которые направлены идентично.

Особую группу в которых значительно усиливается магнитное поле, называют ферромагнитной. К этим материал относится железо, никель, кобальт и гадолиний (и их сплавы).

Но как объяснить природу магнетизма постоянных магнитов? Магнитные поля образуются ферромагнетиками не исключительно в результате перемещения электронов, но и в результате их собственного хаотичного движения.

Момент импульса (собственного вращательного момента) приобрел название - спин. Электроны в течение всего времени существования вращаются вокруг своей оси и, имея заряд, зарождают магнитное поле вместе с полем, образующимся вследствие их орбитального перемещения около ядер.

Температура Мария Кюри

Температура, выше которой вещество-ферромагнетик теряет намагниченность, получила свое определенное название - температура Кюри. Ведь именно французский ученый с данным именем сделал это открытие. Он пришел к выводу: если существенно нагреть намагниченный предмет, то он лишится возможности притягивать к себе предметы из железа.

Ферромагнетики и их использование

Невзирая на то, что ферромагнитных тел в мире существует не так много, их магнитные особенности имеют большое практическое применение и значение. Сердечник в катушке, изготовленный из железа или стали, многократно усиливает магнитное поле, при этом не превышает расхода силы тока в катушке. Это явление значительно помогает экономить электроэнергию. Сердечники изготавливаются исключительно из ферромагнетиков, и не имеет значения, для каких целей послужит эта деталь.

Магнитный способ записи информации

С помощью ферромагнетиков изготавливают первоклассные магнитные ленты и миниатюрные магнитные пленки. Магнитные ленты имеют широкое применение в сферах звуко-и видеозаписи.

Магнитная лента является пластичной основой, состоящей из полирхлорвинила или прочих составляющих. Поверх нее наносится слой, представляющий собой магнитный лак, которые состоит из множества очень маленьких игольчатых частичек железа или прочего ферромагнетика.

Процесс звукозаписи осуществляется на ленту благодаря поле которых подвергается изменениям в такт вследствие колебаний звука. В результате движения ленты около магнитной головки, каждый участок пленки подвергается намагничиванию.

Природа гравитации и его понятия

Стоит прежде всего отметить, что гравитация и ее силы заключены в пределах закона всемирного тяготения, который гласит о том, что: две материальные точки притягивают друг друга с силой прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Современная наука немного иначе стала рассматривать понятия гравитационной силы и объясняет его как действие гравитационного поля самой Земли, происхождение которой до сих пор, к сожалению ученых, не установлено.

Подводя итоги всего вышеизложенного, хочется отметить, что все в нашем мире тесно взаимосвязано, и существенного отличия между гравитацией и магнетизмом нет. Ведь гравитация обладает тем самым магнетизмом, просто не в большой мере. На Земле нельзя отрывать объект от природы - нарушается магнетизм и гравитация, что в будущем может значительно усложнить жизнь цивилизации. Следует пожинать плоды научных открытий великих ученых и стремиться к новым свершениям, но использовать всю данность следует рационально, не причиняя вреда природе и человечеству.

Предлагаемая тема является робкой попыткой приблизиться к пониманию в некоторой части замысла Творца по созданию основ построения и функционирования Мироздания. Направление, в котором можно попытаться понять его замысел, обозначил Знахарь в комментарии 1184 к теме “Что такое гравитация”: “ Вот я на нынешнем этапе первооснову понимаю так: первооснова или первоматерия это то, из чего состоит эфир-вакуум, то, что создаёт поля, из чего состоят элементарные частицы. А в будущем, будут первоосновой частицы, из которых состоят частицы эфира. Но всегда и везде первоосновой будут частицы”.
В предлагаемой теме не рассматриваются частицы первоосновы, из которых состоят частицы эфира, начинаем из чего состоит эфир.

Исходные допущения составляют слабое звено любой гипотезы. Отсутствие сегодня возможности экспериментальной проверки исходных допущений не обязательно означает, что они некорректны, кроме того могут быть неверно истолкованы данные эксперимента. Неверно истолкованные Резерфордом результаты опытов по рассеиванию альфа-частиц, проведенные им в 1911г, на столетие затруднили понимание механизма связи между атомами. В одном из комментариев che писал: “…ведь теория апробируется исключительно реализацией генерируемых ею прогнозов…” Предсказание свойств элементов на основе расчётов, выполненных по предложенной схеме строения электрона, послужит апробацией предложенной в теме гипотезы. Во всех рисунках в теме не соблюдается масштаб, приоритет – наглядности.

Исходные допущения.
Любое взаимодействие может передаваться только контактно.
В природе существует только контактное взаимодействие и непрерывное движение частиц первоосновы (…“это то, из чего состоит эфир-вакуум, то, что создаёт поля, из чего состоят элементарные частицы”), независимо это единичные частицы или они входят в состав образования. Эти частицы и передают взаимодействие и участвуют в нём.
Мироздание построено на гармоничных отношениях последовательностей контактных взаимодействий частиц первоосновы.

Простые эксперименты.
Опыт 1. Возьмём постоянный магнит и отметим силу притяжения магнитного поля в некоторой точке (пробным телом). Пропустим через магнит постоянный электрический ток. Магнитное поле, создаваемое электрическим током, должно быть направлено противоположно магнитному полю постоянного магнита. Будем увеличивать ток, последовательно измеряя сопротивление постоянного магнита. До некоторого определённого значения тока сопротивление в магните практически не будет меняться. Сила притяжения изменяться также не будет. При определённом значении тока получим скачкообразное уменьшение сопротивления постоянного магнита, сила притяжения при этом скачкообразно уменьшится. После этого при прекращении пропускания электрического тока магнитные свойства постоянного магнита не восстанавливаются.

Опыт 2. Поместим два постоянных магнита в ёмкость, из которой выкачан воздух (создан вакуум). Взаимодействие магнитов в ёмкости ничем не будет отличаться от их взаимодействия в обычных условиях атмосферы.

Опыт 3. Охладим ёмкость и соответственно постоянные магниты до температуры жидкого азота. Свойства магнитов пропадают и не восстанавливаются при их возвращении в обычную среду атмосферы.

Частицы первоосновы.
Магнитное поле постоянного магнита может существовать только при условии постоянного движения зарядов по поверхности магнита. Атомы взаимодействуют электронами.
Любое взаимодействие может передаваться только контактно.
Чтобы обеспечить передачу заряда от одного атома к другому атому электроны должны иметь в своём составе частицы, которые этот заряд передадут. Эти частицы также должны обеспечивать связь между атомами, движение зарядов по поверхности постоянного магнита и ток в проводниках. Из этого следует, что
электрон должен состоять из частиц, которые контактно передают взаимодействие между атомами. Эти частицы и передают взаимодействие и участвуют в нём .
Из таких же частиц состоит эфир. Хаотичное движение этих частиц определяет температуру эфира порядка 30К. Из таких же частиц состоят нейтрино, фотоны, кварки в протонах и нейтронах. Назовём их действительно элементарными частицами. Термин “истинно элементарные” будем использовать в отдельной теме при рассмотрении “… в будущем, будут первоосновой частицы, из которых состоят частицы эфира”.

По моим представлениям для соблюдения гармонии в строении и функционировании нашего мироздания действительно элементарные частицы должны иметь следующие характеристики. Условный размер (диаметр) порядка 10-55м, плотность субстанции порядка 5^10+6г/см+3. Внутри субстанции действительно элементарной частицы находится область (зона) в неравновесном состоянии – “напряжении”. Эквивалент этого состояния будем называть положительным зарядом. Величина заряда у всех частиц одинаковая q=10-20Кл. Отличаются друг от друга действительно элементарные частицы размерами области “напряжения” в своих субстанциях. Количество действительно элементарных частиц в единице объёма эфира постоянно, порядка 10+13 штук в кубическом сантиметре, средняя скорость порядка 5^10+5м/сек.

Строение электрона.
Поскольку на сегодняшний день электрон проверен на дискретность только до размера 10-19м, утверждать, что он неделим некорректно. Современное представление об электроне, как о частице-волне не участвующей в контактных взаимодействиях, неверно. Приведенные выше опыты косвенно указывают на дискретное строение электрона.
Представим электрон как динамическую систему из действительно элементарных частиц
(далее RE). Предположим, что две пары одинаковых RE, назовём их базовыми, контактно взаимодействуют – колеблются в парах вокруг одной общей точки.

Рис. 1 Взаимодействие базовых частиц электрона

Колебания пар RE сдвинуты относительно друг друга на половину периода, линии колебаний пар перпендикулярны друг другу. Период колебаний одной базовой RE порядка 5^10-25сек., амплитуда колебаний порядка 10-15м.

Предположим, что каждая базовая RE контактно взаимодействует попеременно с тремя другими одинаковыми RE, назовём их контактными. Период колебаний одной контактной RE порядка 3^10-24сек., средняя амплитуда колебаний в нормальных условиях порядка 5^10-12м.

Рис. 2 Взаимодействие базовых и контактных частиц – строение электрона.

Электрон состоит из шестнадцати действительно элементарных частиц колеблющихся в двух концентрических “слоях”: в первом – четыре (базовые), во втором – двенадцать (контактные) RE. Структурная запись . В строении электрона обеспечивается динамическая симметрия – каждая RE(баз) контактно взаимодействует попеременно с тремя RE(кон). Колебания RE(кон) в электронах атома синхронизированы. Размер электрона (его условная сферическая граница) практически определяется амплитудой колебаний RE(кон). Важно отметить, что RE(кон), достигая максимального удаления от геометрического центра электрона к его условной сферической границе, не останавливаются даже на мгновение, а совершают движение по эллиптической полуокружности и затем движутся в обратном направлении.
В природе существует только контактное взаимодействие и непрерывное движение действительно элементарных частиц, независимо это единичная частица или она входит в состав образования.
Заряд электрона равен сумме зарядов RE его составляющих q(e) = 10-20Кл. ^ 16шт. = 1,6^10-19Кл.

В атоме центр электрона (точка, вокруг которой колеблются RE(баз) электрона) расположен от центра протона на расстоянии порядка 1,4 радиуса протона. Область контактных взаимодействий RE(баз) с RE(кон) в свободном электроне и в электроне в составе атома водорода представляет собой шар, в составе атома гелия - полушарие, с возрастанием номера элемента она уменьшается. Сегмент области контактных взаимодействий RE(баз) с RE(кон) в электронах атомов определяется номером элемента. Приведенная конструкция дискретного строения электрона минимально возможная, которая обеспечивает всё многообразие связей элементов и их свойств.

Образование магнитного поля постоянного магнита.
В каждом электроне в составе атома ферромагнетика девять RE(кон) создают связь между атомами путём взаимного обмена RE(кон) между электронами соседних атомов. Три RE(кон) каждого электрона на поверхности ферромагнетика не участвуют во взаимодействиях с RE(кон) электронов соседних атомов.

При намагничивании, под воздействием внешнего магнитного поля на поверхности ферромагнетика в электронах происходит отклонение от нормальной геометрии колебаний трёх RE(кон), не участвующих в обеспечении связи между атомами. Увеличивается радиус эллиптической полуокружности до контакта с RE(кон) в электронах соседних атомов – RE(кон) начинают передавать друг другу импульс в направлении внешнего магнитного поля. Возникает постоянное движение зарядов по поверхности магнита в одном направлении – круговой ток. Нарушение симметрии и гармонии колебаний не происходит, так как положение точки контакта RE(кон) с RE(баз) в электроне не изменяется. Сопротивление движению RE(кон) по эллиптической полуокружности вследствие их малости практически отсутствует, потери энергии не происходит, поэтому после снятия внешнего магнитного поля движение зарядов по поверхности ферромагнетика (круговой ток) сохраняется.

Скорость передачи импульса между RE(кон) в электронах соседних атомов постоянного магнита сравнима со скоростью света. Средняя скорость движения RE эфира на несколько порядков меньше. При их столкновении RE эфира приобретает импульс в направлении кругового тока по поверхности магнита – происходит возмущение эфира.

Рис. 3 Возникновение поля постоянного магнита

В начальный момент столкновения, непосредственно у поверхности магнита, скорость RE эфира большая – возмущение эфира максимальное. По мере удаления от поверхности магнита скорость RE эфира уменьшается вследствие столкновений с другими RE эфира и на некотором расстоянии от магнита становится равной средней скорости хаотического движения RE эфира – возмущение эфира исчезает.

Область возмущённого эфира, возникающая вследствие передачи импульса от RE(кон) в электронах соседних атомов на поверхности постоянного магнита к RE эфира, представляет собой магнитное поле постоянного магнита.

Рассмотрим приведенные в теме эксперименты.
Три RE(кон) каждого электрона на поверхности ферромагнетика (проводника), не участвующих в создании связи между атомами, участвуют также в передаче электрического тока.

В этом случае в процессе движения RE(кон) между соседними электронами происходит их столкновение с RE эфира, т.е. возникает возмущение эфира – магнитное поле. Таким образом, и в постоянном магните и при передаче тока от внешнего источника все три RE(кон) каждого электрона на поверхности ферромагнетика (проводника), не участвующих в создании связи между атомами, участвуют в образовании магнитного поля.

Скачкообразное уменьшение сопротивления постоянного магнита и падение силы притяжения при некотором значении постоянного тока (опыт 1) объясняется тем, что RE(кон) на поверхности магнита перестают передавать импульс друг другу при колебаниях и начинают передавать импульс в момент замещении RE(кон) в электронах соседних атомов (передача тока от внешнего источника).

Если к постоянному магниту поднести другой постоянный магнит так, чтобы направления их круговых токов были противоположны, RE эфира, получившие импульс от RE(кон) в электронах соседних атомов, будут двигаться навстречу друг другу – магниты будут отталкиваться. При совпадении направлений поверхностных круговых токов RE эфира будут “вытесняться” из пространства между магнитами, а RE эфира с противоположных сторон будут “приталкивать” магниты друг к другу. Подобный механизм “приталкивания” двух лодок наблюдаем при движении между ними воды.

При охлаждении магнитов (опыт 3) уменьшается до 10-13м. амплитуда колебаний RE(кон) на поверхности магнитов. В результате, в электронах соседних атомов на поверхности магнитов, отклонения RE(кон) становится недостаточно для их контактного взаимодействия, передача импульса прекращается, магнитное поле исчезает.

Движение зарядов по поверхности образования (возникновение магнитного поля) возможно, если образование имеет в какой-то мере упорядоченную атомную структуру. В этом случае RE(кон) в электронах соседних атомов на поверхности образования могут, контактно взаимодействуя друг с другом, передавать импульс RE эфира в направлении магнитного поля. По такому принципу происходит некоторое намагничивание малого ферромагнетика постоянным магнитом и их взаимодействие. Поскольку в круговом токе на поверхности постоянного магнита в нормальных условиях сопротивление движению зарядов практически отсутствует, потери энергии, например при намагничивании малого ферромагнетика практически не происходит. Постоянный магнит в нормальных условиях может неограниченно долго выполнять работу по перемещению ферромагнетиков. Работа производится за счёт энергии RE эфира – из пространства между постоянным магнитом и ферромагнетиком RE эфира “вытесняются”, а RE эфира с противоположных сторон “приталкивают” их друг к другу.

При не упорядоченной атомной структуре образования (диэлектрики) передача импульса между RE(кон) в электронах соседних атомов и затем от RE(кон) к RE эфира (возмущение эфира) не может происходить – магнитное поле не возникает.
Возникновение так называемых “вихрей Абрикосова” объясняется наличием в объёме сверхпроводников второго рода в электронах соседних атомов RE(кон) не участвующих в образовании связей между атомами, т. е. могущих обеспечить движение зарядов между ними – местный круговой ток. Таким образом, только дискретное строение электрона позволяет естественным образом объяснить природу магнетизма.

На основе контактного взаимодействия RE (кон) в электронах соседних атомов представляется возможным в будущем выполнить расчёты энергии связи атомов и энергии движения зарядов по поверхности ферромагнетика. Применение этих расчётов для предсказания свойств элементов, в том числе в соединениях, послужит апробацией предложенной гипотезы.
Борис Кириленко.

Приложение

Связь атомов.
Связь атомов это связь между электронами соседних атомов. В элементах и их соединениях атомы расположены таким образом, что при колебании в районе максимального удаления RE(кон) от центров своих электронов RE(кон) в составе электронов одного атома входят в область колебаний RE(кон) в составе электронов соседнего атома. Образуется область перекрытия колебаний RE(кон) в составе электронов соседних атомов.

Механизм связи атомов в элементах представляет собой обмен RE(кон) между электронами соседних атомов.
На рисунке для наглядности показано только по одному электрону у каждого атома; RE, какими обмениваются электроны, выделены цветом. Конусом отмечен сегмент области контактных взаимодействий RE(баз) с RE(кон) в электронах атомов.

Связь атомов в элементе.

Обмен RE(кон) происходит по линии контактных взаимодействий RE(кон) с RE(баз) в электронах. На RE(кон), которая вошла в область перекрытия колебаний RE(кон) в соседних электронах, начинает действовать сила, притягивающая RE(кон) к центру электрона соседнего атома. Происходит взаимный обмен RE(кон) в электронах соседних атомов – атомы соединяются. Взаимодействия RE(кон) в составе электронов соседних атомов элемента синхронизированы. Величина и расположение зоны обмена RE(кон) относительно соседних протонов определяют свойства элементов и их соединений.

Электропроводность
Передаче тока от внешнего источника в проводнике происходит путём замещения RE(кон) в электронах соседних атомов на поверхности проводника в направлении внешнего поля.
Замещение RE(кон) в составе электронов происходит перпендикулярно линии контактных взаимодействий RE(кон) с RE(баз) в электронах атомов. На рисунке для наглядности показано только по одному электрону у каждого атома; RE(кон), какие замещаются в электронах, выделены цветом.

Передача тока в проводнике.

При замыкании цепи RE(кон) из источника тока замещают RE(кон) в электроне на поверхности проводника в ближайшей точке контакта. Став не связанным, получив импульс, RE(кон) проводника замещает RE(кон) в составе соседнего электрона проводника и т.д. В конечной точке RE переходит в источник тока. Теоретически передача импульса (тока) путём замещения RE в соседних электронах должна происходить под углом 900 к линии контактных взаимодействий RE в составе электрона. В реальных проводниках центры атомов в узлах кристаллической решётки совершают колебания. Вместе с центрами атомов колеблются центры электронов. Вследствие этого передача импульса происходит с отклонением от угла 900, т.е. происходит потеря энергии. Соответствующее этому углу отклонения, не переданное количество энергии (потери) частично идёт на нагрев, частично отводится излучением.
Конец темы.

Еще за тысячу лет до первых наблюдений электрических явлений, человечество уже начало накапливать знания о магнетизме . И всего четыреста лет тому назад, когда становление физики как науки только началось, исследователи отделили магнитные свойства веществ от их электрических свойств, и только после этого начали изучать их самостоятельно. Так было положено экспериментальное и теоретическое начало, ставшее к середине 19 века фундаментом единой теории электрических и магнитных явлений .

Похоже, что необычные свойства магнитного железняка были известны еще в период бронзового века в Месопотамии. А после начала развития железной металлургии люди заметили, что он притягивает изделия из железа. О причинах этого притяжения задумывался и древнегреческий философ и математик Фалес из города Милет (640−546 гг. до н. э.), он объяснял это притяжение одушевленностью минерала.

Греческие мыслители представляли, как невидимые пары окутывают магнетит и железо, как эти пары влекут вещества друг к другу. Слово «магнит» могло произойти он названия города Магнесии-у-Сипила в Малой Азии, недалеко от которого залегал магнетит. Одна из легенд рассказывает, что пастух Магнис как-то оказался со своими овцами рядом со скалой, которая притянула к себе железный наконечник его посоха и сапоги.

В древнекитайском трактате «Весенние и осенние записи мастера Лю» (240 г. до н. э.) упоминается свойство магнетита притягивать к себе железо. Через сто лет китайцы отметили, что магнетит не притягивает ни медь, ни керамику. В 7-8 веках они заметили, что намагниченная железная игла, будучи свободно подвешена, поворачивается по направлению к Полярной звезде.

Так ко второй половине 11 века в Китае начали изготавливать морские компасы, которые европейские мореплаватели освоили лишь через сто лет после китайцев. Тогда китайцы уже обнаружили способность намагниченной иглы отклоняться в направлении восточнее северного, и открыли таким образом магнитное склонение, опередив в этом европейских мореплавателей, пришедших к точно такому выводу только в 15 столетии.

В Европе первым свойства природных магнитов описал философ из Франции Пьер де Марикур, который в 1269 году пребывал на службе в армии сицилийского короля Карла Анжуйского. В период осады одного из итальянских городов, он отправил другу в Пикардию документ, вошедший в историю науки под названием «Письмо о магните», где и рассказал о своих экспериментах с магнитным железняком.

Марикур отметил, что в любом куске магнетита есть две области, которые особенно сильно притягивают к себе железо. Он заметил в этом сходство с полюсами небесной сферы, поэтому позаимствовал их названия для обозначения областей максимума магнитной силы. Оттуда и пошла традиция называть полюса магнитов южным и северным магнитными полюсами.

Марикур писал, что если разбить любой кусок магнетита на две части, то в каждом осколке появятся собственные полюса.

Марикур впервые связал эффект отталкивания и притяжения магнитных полюсов с взаимодействием разноименных (южного и северного), либо одноименных полюсов. Марикур по праву считается пионером европейской экспериментальной научной школы, его заметки о магнетизме воспроизводились в десятках списков, а с появлением книгопечатания издавались в форме брошюры. Их цитировали многие ученые натуралисты вплоть до 17 столетия.

С трудом Марикура был хорошо знаком и английский естествоиспытатель, ученый и врач Уильям Гильберт. В 1600 году он опубликовал труд «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». В этом труде Гильберт привел все известные на тот момент сведения о свойствах природных магнитных материалов и намагниченного железа, а также описал свои собственные опыты с магнитным шаром, в которых воспроизвел модель земного магнетизма.

В частности он опытным путем установил, что на обоих полюсах «маленькой Земли» стрелка компаса поворачивается перпендикулярно ее поверхности, у экватора устанавливается параллельно, а на средних широтах - поворачивается в промежуточное положение. Таким образом Гильберту удалось смоделировать магнитное наклонение, о котором в Европе знали более 50 лет (в 1544 году его описал Георг Хартман, механик из Нюрнберга).

Гильберт воспроизвел также геомагнитное склонение, которое он приписал не идеально гладкой поверхности шара, а в масштабе планеты объяснил этот эффект притяжением между континентами. Он обнаружил, как сильно разогретое железо теряет свои магнитные свойства, а при охлаждении - восстанавливает их. Наконец, Гильберт первым четко различил притяжение магнита и притяжение янтаря, натертого шерстью, которое назвал электрической силой. Это был поистине новаторский труд, оцененный как современниками, так и потомками. Гильберт открыл, что Землю будет правильным считать «большим магнитом».

До самого начала XIX века наука о магнетизме продвинулась очень немного. В 1640 году Бенедетто Кастелли, ученик Галилея, объяснил притяжение магнетита множеством очень маленьких магнитных частиц, входящих в его состав.

В 1778 году Себальд Бругманс, уроженец Голландии, заметил, как висмут и сурьма отталкивали полюса магнитной стрелки, что стало первым примером физического феномена, который позже Фарадей назовет диамагнетизмом .

Шарль-Огюстен Кулон в 1785 году, посредством точных измерений на крутильных весах, доказал, что сила взаимодействия магнитных полюсов между собой обратно пропорциональна квадрату расстояния между полюсами - так же точно, как и сила взаимодействия электрических зарядов.

С 1813 года датский физик Эрстед усердно пытался экспериментально установить связь электричества с магнетизмом. В качестве индикаторов исследователь использовал компасы, но долго не мог достичь цели, ведь он ожидал, что магнитная сила параллельна току, и располагал электрический провод под прямым углом к стрелке компаса. Стрелка никак не реагировала на возникновение тока.

Весной 1820 года, во время одной из лекций, Эрстед натянул провод параллельно стрелке, причем не ясно, что привело его к этой идее. И вот стрелка качнулась. Эрстед почему-то прекратил эксперименты на несколько месяцев, после чего вернулся к ним и понял, что «магнитное воздействие электрического тока направлено по окружностям, охватывающим этот ток».

Вывод был парадоксальным, ведь раньше вращающиеся силы не проявляли себя ни в механике, ни где-либо еще в физике. Эрстед написал статью, где изложил свои выводы, и больше электромагнетизмом так и не занимался.

Осенью того же года француз Андре-Мари Ампер приступил к опытам. Перво-наперво повторив и подтвердив результаты и выводы Эрстеда, в начале октября он обнаружил притяжение проводников, если токи в них направлены одинаково, и отталкивание, если токи противоположны.

Ампер изучил также взаимодействие между непараллельными проводниками с током, после чего описал его формулой, названой позже законом Ампера. Ученый показал и то, что свернутые в спираль провода с током поворачиваются под действием магнитного поля, как это происходит со стрелкой компаса.

Наконец, он выдвинул гипотезу о молекулярных токах, согласно которой внутри намагниченных материалов имеют место непрерывные микроскопические параллельные друг другу круговые токи, служащие причиной магнитного действия материалов.

В то же время Био и Савар совместно вывели математическую формулу, позволяющую вычислять интенсивность магнитного поля постоянного тока.

И вот, к концу 1821 года Майкл Фарадей, уже работавший в Лондоне, изготовил устройство, в котором проводник с током вращался вокруг магнита, а другой магнит поворачивался вокруг другого проводника.

Фарадей выдвинул предположение, что и магнит, и провод окутаны концентрическими силовыми линиями, которые и обуславливают их механическое воздействие.

Со временем Фарадей уверился в физической реальности силовых магнитных линий. К концу 1830-х ученый уже четко осознавал, что энергия как постоянных магнитов, так и проводников с током, распределена в окружающем их пространстве, которое заполнено силовыми магнитными линиями. В августе 1831 года исследователю удалось заставить магнетизм производить генерацию электрического тока.

Устройство состояло из железного кольца с расположенными на нем двумя противоположными обмотками. Первую обмотку можно было замыкать на электрическую батарею, а вторая соединялась с проводником, помещенным над стрелкой магнитного компаса. Когда по проводу первой катушки тек постоянный ток, стрелка не меняла своего положения, но начинала качаться в моменты его выключения и включения.

Фарадей пришел к заключению, что в эти моменты в проводе второй обмотки возникали электрические импульсы, связанные с исчезновением или возникновением магнитных силовых линий. Он сделал открытие, что причиной возникающей электродвижущей силы является изменение магнитного поля.

В ноябре 1857 года Фарадей написал письмо в Шотландию профессору Максвеллу с просьбой придать математическую форму знаниям об электромагнетизме. Максвелл просьбу выполнил. Понятие электромагнитного поля нашло место в 1864 году в его мемуарах.

Максвелл ввел термин «поле» для обозначения части пространства, которая окружает и содержит тела, пребывающие в магнитном или электрическом состоянии, причем он особо подчеркнул, что само это пространство может быть и пустым и заполненным совершенно любым видом материи, а поле все равно будет иметь место.

В 1873 году Максвелл издал «Трактат об электричестве и магнетизме», где представил систему уравнений, объединяющих электромагнитные явления. Он дал им название общих уравнений электромагнитного поля, и по сей день они зовутся уравнениями Максвелла. По теории Максвелла магнетизм - это взаимодействие особого рода между электрическими токами . Это фундамент, на котором построены все теоретические и экспериментальные работы, относящиеся к магнетизму.

Обобщающий урок физики по теме: "Магнитные явления".

Цели:

Образовательные – обобщить и систематизировать знания учащихся о магнитном поле, о его свойствах; способствовать развитию интереса к изучению физики;

Развивающие – в целях формирования научного мировоззрения подчеркнуть реальность и объективность существования магнитного поля, указать экспериментальные факты, доказывающие это положение; развивать интеллектуальные способности учащихся через умение решать задачи повышенной сложности, анализировать полученный результат, делать выводы; уметь излагать в доступной научной форме свои мысли; уметь обобщать материал; развивать свой кругозор.

Воспитательная – воспитывать умение преодолевать трудности, выслушивать оппонентов, отстаивать свою точку зрения, уважать окружающих, воспитывать чувство коллективизма и умение работать в группе.

Оборудование: интерактивная доска, плакат с кроссвордом, карточки с разноуровневыми заданиями, жетоны.

План урока

1. Организационный момент – (1 мин).
2. Физкультминутка.(2 мин)
3. Объявление темы и целей урока.(1 мин)
4. Актуализация знаний.(5 мин)

4. Видеосюжет «Магнитная стрелка». (1 мин)

5. Разгадывание кроссворда – 4 мин.

6. Групповая работа.

1 задание: 15 минут

Каждой группе дается карточка с шестью разноуровневыми вопросами. Время на подготовку 1 минута.

2 задание: Заполнить таблицу. 5 мин.

3 задание: Игра «Домино». 6 мин

Индивидуальная работа с учащимися (решение задачи – 3 человека) и с остальными учащимися - игра «Домино».

1. Решение задачи у доски с комментариями – 1 человек. (по ходу проверяю решение индивидуальных задач)
2. Видеосюжет «Явление электромагнитной индукции».1 мин
3. Загадки.
4. Подведение итогов.
5. Рефлексия.

Ход урока.

1. Организационный момент.
2. Физкультминутка.
3. Объявление целей урока.

Ребята, сегодня у нас обобщающий урок по разделу «Магнитные явления». Эпиграфом нашего урока являются слова Ф.И.Тютчева:

Не то, что мните вы, природа:

Не слепок, не бездушный лик, -

В ней есть душа, в ней есть свобода

В ней есть любовь, в ней есть язык!

Да у природы есть свой язык, и мы должны его понимать. На каждом уроке физики, при изучении любого явления мы учимся этому языку. Путь познания природы таков:

Открытие – исследование – объяснение – применение.

Цель нашего урока – обобщить и систематизировать ранее полученные знания.

В течении урока ответ каждого учащегося будет оцениваться одним баллом (жетоном) и суммарным количеством баллов в конце урока будет выставляться оценка.

От 1-3 – оценка «3», 4-6 – «4», 7 – и более – оценка «5»

1. Фронтальный опрос.

Учитель: Уважаемые ребята, на сегодняшнем уроке нам предстоит еще раз рассмотреть вопрос о магнитных явлениях и о свойствах магнитного поля.

Что такое магнитное поле?

(Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами.)

Каковы свойства магнитного поля?

(1. Магнитное поле порождается током.

2. Магнитное поле обнаруживается по его действию на ток или на магнитную стрелку.)

Как называется величина, характеризующая магнитное поле? (Эта величина называется – Магнитная индукция)

Ребята мы уже говорили о том, что магнитное поле возникает в результате электрического поля. А давайте еще раз посмотрим порождение магнитного поля электрическим на интерактивной доске.

5. Видеосюжет «Магнитная стрелка».

Кто из ученых определил величину силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, и как она называется?

(Величину этой силы определил английский ученый Ампер. Она получила название в честь него как сила Ампера.)

Кто из ученых определил величину силы, действующей со стороны магнитного поля на движущийся заряд?

(Величину силы, действующей на движущийся заряд в магнитном поле, определил Лоренц.)

Приведите примеры использования магнитных полей для различных целей.

(Магнитные поля используются в измерительных электрических приборах, для измерения отклонения электронного пучка в электронно-лучевой трубке или в кинескопе телевизора, для нахождения масс элементарных заряженных частиц, в электромагнитах. В природе магнитное поле Земли предохраняет все живое на земле от потока космических частиц.)

6. Разгадывание кроссворда

- А теперь, ребята, давайте разгадаем кроссворд, который у нас находится на магнитной доске.

Мы по вертикали получили слово «Фарадей». Кто он, какой вклад он внес в развитие физики? Фарадей – первый опытным путем доказал явление электромагнитной индукции.

7. Группа делится на три команды. (парамагнетики, ферромагнетики, диамагнетики)

1 задание: время 15 минут

Каждой группе дается карточка с шестью разноуровневыми вопросами. Время на подготовку 1 минута. (2 группа 4 задание – демонстрация опыта)

2 задание: время 5 мин

Заполнить таблицу.

3 задание: 6 мин (игра «Домино»)

Индивидуальная работа с учащимися и с остальными учащимися - игра «Домино»

1. Видеосюжет «Явление электромагнитной индукции».

Ребята, вначале урока мы с вами просмотрели сюжет того, что магнитное поле возникает в результате электрического. Теперь давайте посмотрим явление, обратное ему, т.е. магнитное поле создает электрическое поле.

1. Подведение итогов.

Командиры выставляют самооценки.

1. Рефлексия.

Дети, понравился ли вам сегодня наш урок?

Чем именно он вам понравился?

Где у вас были затруднения?

Нужно ли проводить такие уроки?

11. Домашнее задание: по тетради повторить основные понятия .

Взаимодействия.

Магнитное взаимодействие между железом и магнитом или между магнитами происходит не только при непосредственном их соприкосновении, но и на расстоянии. С увеличением расстояния сила взаимодействия уменьшается, и при достаточно большом расстоянии она перестает быть заметной. Следовательно, свойства части пространства вблизи магнита отличаются от свойств той части пространства, где магнитные силы не проявляются. В пространстве, где проявляются магнитные силы, имеется магнитное поле.

Если магнитную стрелку внести в магнитное поле, то она установится вполне определенным образом, причем в различных местах поля она будет устанавливаться по-разному.

В 1905 году Поль Ланжевен на основе теоремы Лармора и электронной теории Лоренца развил классическую трактовку теории диа- и парамагнетизма.

Естественные и искусственные магниты

Магнетит (магнитный железняк) – камень, притягивающий железо, был описан ещё древними учеными. Он представляет собой так называемый естественный магнит, встречающийся в природе довольно часто. Это широко распространенный минерал состава: 31% FeO и 69% Fe2O3, содержащий 72,4% железа.

Если вырезать из такого материала полоску и подвесить ее на нить, то она будет устанавливаться в пространстве вполне определенным образом: вдоль прямой, проходящей с севера на юг. Если вывести полоску из этого состояния, т. е. отклонить от направления, в котором она находилась, а затем снова предоставить самой себе, то полоска, совершив несколько колебаний, займет прежнее положение, установившись в направлении с севера на юг.

Если погрузить эту полоску в железные опилки, то они притянутся к полоске не везде одинаково. Наибольшая сила притяжения будет на концах полоски, которые были обращены к северу и югу.

Эти места полоски, на которых обнаруживается наибольшая сила притяжения, носят название магнитных полюсов. Полюс, направленный к северу, получил название северного полюса магнита (или положительного) и обозначается буквой N (или С); полюс, направленный к югу» получил название южного полюса (или отрицательного) и обозначается буквой S (или Ю). Взаимодействие полюсов магнита можно изучить следующим образом. Возьмем две полоски из магнетита и одну из них подвесим на нити, как уже указывалось выше. Держа вторую полоску в руке, будем подносить ее к первой разными полюсами.

Окажется, что если, к северному полюсу одной полоски приближать южный полюс другой, то возникнут силы притяжения между полюсами, и подвешенная на нити полоска притянется. Если к северному полюсу подвешенной полоски поднести вторую полоску также северным полюсом, то подвешенная полоска будет отталкиваться.

Проводя такие опыты, можно убедиться в справедливости установленной Гильбертом закономерности о взаимодействии магнитных полюсов: одноименные полюсы отталкиваются, разноименные притягиваются.

Если бы мы захотели разделить магнит пополам, чтобы отделить северный магнитный полюс от южного, то, оказывается, нам не удалось бы сделать этого. Разрезав магнит пополам, мы получим два магнита, причем каждый с двумя полюсами. Если мы продолжали бы этот процесс и дальше, то, как показывает опыт, нам никогда не удастся получить магнит с одним полюсом. Этот опыт убеждает нас, что полюсы, магнита не существуют раздельно, подобно тому как раздельно существуют отрицательные и положительные электрические заряды. Следовательно, и элементарные носители магнетизма, или, как их называют, элементарные магнитики, также должны обладать двумя полюсами.

Описанные выше естественные магниты в.настоящее время практически не используются. Гораздо более сильными и более удобными оказываются искусственные постоянные магниты. Постоянный искусственный магнит проще всего изготовить из стальной полоски, если натирать ее от центра к концам противоположными полюсами естественных или других искусственных магнитов. Магниты, имеющие форму полоски, носят название полосовых магнитов. Часто удобнее бывает пользоваться магнитом, напоминающим по форме подкову. Такой магнит носит название подковообразного магнита.

Искусственные магниты обычно изготовляются так, что на их концах создаются противоположные магнитные полюса. Однако это совсем не обязательно. Можно изготовить такой магнит, у которого оба конца будут иметь один и тот же полюс, например, северный. Изготовить такой магнит можно, натирая от середины к концам стальную полоску одинаковыми полюсами.

Однако северный и южный полюсы и у такого магнита неотделимы. Действительно, если его погрузить в опилки, то они сильно притянутся не только по краям магнита, но и к его середине. Легко проверить, что по краям расположены северные полюсы, а южный – посередине.

Магнитные свойства. Классы веществ

Именно совокупное поведение таких мини-магнитов атомов кристаллической решетки и определяет магнитные свойства вещества. По своим магнитным свойствам вещества делятся на три основных класса: ферромагнетики , парамагнетики и диамагнетики . Имеется также два обособленных подкласса материалов, выделенных из общего класса ферромагнетиков - антиферромагнетики и ферримагнетики . В обоих случаях эти вещества относятся к классу ферромагнетиков, но обладают особыми свойствами при низких температурах: магнитные поля соседних атомов выстраиваются строго параллельно, но в противоположных направлениях. Антиферромагнетики состоят из атомов одного элемента и, как следствие, их магнитное поле становится равным нулю. Ферримагнетики представляют собой сплав двух и более веществ, и результатом суперпозиции противоположно направленных полей становится макроскопическое магнитное поле, присущее материалу в целом.

Ферромагнетики

Некоторые вещества и сплавы (прежде всего, следует отметить железо, никель и кобальт) при температуре ниже точки Кюри приобретают свойство выстраивать свою кристаллическую решетку таким образом, что магнитные поля атомов оказываются однонаправленными и усиливают друг друга, благодаря чему возникает макроскопическое магнитное поле за пределами материла. Из таких материалов получаются вышеупомянутые постоянные магниты. На самом деле магнитное выравнивание атомов обычно не распространяется на неограниченный объем ферромагнитного материала: намагничивание ограничивается объемом, содержащим от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч атомов, и такой объем вещества принято называть доменом (от английского domain - «область»). При остывании железа ниже точки Кюри формируется множество доменов, в каждом из которых магнитное поле ориентировано по-своему. Поэтому в обычном состоянии твердое железо не намагничено, хотя внутри него образованы домены, каждый из которых представляет собой готовый мини-магнит. Однако под воздействием внешних условий (например, при застывании выплавленного железа в присутствии мощного магнитного поля) домены выстраиваются упорядоченно и их магнитные поля взаимно усиливаются. Тогда мы получаем настоящий магнит - тело, обладающее ярко выраженным внешним магнитным полем. Именно так устроены постоянные магниты.

Парамагнетики

В большинстве материалов внутренние силы выравнивания магнитной ориентации атомов отсутствуют, домены не образуются, и магнитные поля отдельных атомов направлены случайным образом. Из-за этого поля отдельных атомов-магнитов взаимно гасятся, и внешнего магнитного поля у таких материалов нет. Однако при помещении такого материала в сильное внешнее поле (например, между полюсами мощного магнита) магнитные поля атомов ориентируются в направлении, совпадающем с направлением внешнего магнитного поля, и мы наблюдаем эффект усиления магнитного поля в присутствии такого материла. Материалы, обладающие подобными свойствами, называются парамагнетиками. Стоит, однако, убрать внешнее магнитное поле, как парамагнетик тут же размагничивается, поскольку атомы снова выстраиваются хаотично. То есть, парамагнетики характеризуются способностью к временному намагничиванию.

Диамагнетики

В веществах, атомы которых не обладают собственным магнитным моментом (то есть в таких, где магнитные поля гасятся еще в зародыше - на уровне электронов), может возникнуть магнетизм иной природы. Согласно второму закону электромагнитной индукции Фарадея, при увеличении потока магнитного поля, проходящего через токопроводящий контур, изменение электрического тока в контуре противодействует увеличению магнитного потока. Вследствие этого, если вещество, не обладающее собственными магнитными свойствами, ввести в сильное магнитное поле, электроны на атомных орбитах, представляющие собой микроскопические контуры с током, изменят характер своего движения таким образом, чтобы воспрепятствовать увеличению магнитного потока, то есть, создадут собственное магнитное поле, направленное в противоположную по сравнению с внешним полем сторону. Такие материалы принято называть диамагнетиками.

Магнетизм в природе

Множество явлений природы определяется именно магнитными силами. Они являются источником многих явлений микромира: поведения атомов, молекул, атомных ядер и элементарных частиц – электронов, протонов, нейтронов и др. Кроме того, магнитные явления характерны и для огромных небесных тел: Солнце и Земля – это огромные магниты. Половина энергии электромагнитных волн (радиоволн, инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения, рентгеновых и гамма-лучей) является магнитной. Магнитное поле Земли проявляется в целом ряде явлений и оказывается, в частности, одной из причин возникновения полярных сияний.

Немагнитных веществ, в принципе, не существует. Любое вещество всегда «магнитно», т. е. изменяет свои свойства в магнитном поле. Иногда эти изменения совсем небольшие и обнаружить их можно только с помощью специальной аппаратуры; иногда они довольно значительны и обнаруживаются без особого труда с помощью весьма простых средств. К слабомагнитным веществам можно отнести алюминий, медь, воду, ртуть и др., к сильномагнитным или просто магнитным (при обычных температурах) – железо, никель, кобальт, некоторые сплавы.

Использование магнетизма

Современная электротехника очень широко использует магнитные свойства вещества для получения электрической энергии, для ее превращения в различные другие виды энергии. В аппаратах проволочной и беспроволочной связи, в телевидении, автоматике и телемеханике употребляются материалы с определенными магнитными свойствами. Магнитные явления играют существенную роль также в живой природе.

Необычайная общность магнитных явлений, их огромная практическая значимость, естественно, приводят к тому, что учение о магнетизме является одним из важнейших разделов современной физики.

Магнетизм также неотъемлемая часть компьютерного мира: до 2010-х годов в мире были очень распространены магнитные носители информации (компакт-кассеты , дискеты и др), однако ещё «котируются» магнитооптические носители (DVD-RAM