Магнетизм, магнитное поле

Из чего сделана ванна? Задумывались ли вы когда-нибудь над этим? А ведь это очень простой, естественный вопрос. И очень просто найти ответ на него. Любой магнит поможет вам в этом.

Вы, конечно, знаете, что предметы, притягивающиеся к магниту, сделаны, в основном, из железа. Среди обычных железных предметов, которые прилипают к магниту, скрепки для бумаг, кнопки, гвозди, болты, гайки, металлические части таких инструментов, как молоток, клещи, отвертка. Если какой-либо из этих предметов не притягивается к магниту, это значит почти наверняка, что он сделан не из железа, а из другого материала.

Магнетизм, магнитное поле

Есть еще только один распространенный чистый металл, который притягивается к магниту — никель. Он входит в состав некоторых монет. Но в монетах большинства стран никель смешан с другими металлами, и образующиеся сплавы магнитом не притягиваются.

Металлические изделия из алюминия, меди, бронзы, свинца не способны притягиваться к магниту. Не способны к этому и предметы из пластмассы, бумаги, дерева, ткани, резины, стекла и большинства других материалов. Железные предметы, покрытые краской, эмалью или подобными веществами, все равно притягиваются к магниту — такие покрытия не влияют на магнитные свойства железа. Следовательно, даже если предмет совершенно не похож на железный, железо может быть обнаружено под внешним покрытием с помощью магнита.

Когда вы подносите магнит к стенке ванны, то сразу чувствуете, что ванна его притягивает. Это говорит о том, что она сделана, в основном, из железа или из чистого никеля. Так как чистый никель намного дороже железа, то трудно предположить, что этот материал используется для изготовления ванн. А значит, можно смело утверждать, что ванна сделана в основном из железа.

А из чего сделана раковина в ванной комнате? Почему бы не узнать и это самим? Зачем ванну покрывают эмалью?

Так как непосредственно исследовать металл в ванне не очень просто, используем в наших опытах обычную иглу. Давайте нальем воду в пластмассовый пузырек или блюдце, бросим туда иголку и отставим в сторону. Через день или чуть позже обнаружится, что игла заржавела. При встряхивании пузырька маленькие коричневые хлопья ржавчины появятся в воде, и вода может стать коричневой. Если вы сомневаетесь в достоверности наших слов, проделайте опыт сами. Будем каждый день заменять ржавую воду чистой. Продолжает ли игла покрываться ржавчиной Что станет с ней через неделю через месяц через год Когда игла ржавеет, железо соединяется с газом (кислородом), который попадает в воду из воздуха, и превращается в другое вещество, называемое окисью железа. Оказывается, вода в значительной степени ускоряет этот процесс, и, если железо даже немного увлажнить, оно начинает быстро ржаветь.

Все ли металлы ржавеют Попробуйте ответить на этот вопрос самостоятельно. Используйте медную монетку, серебряную ложку, алюминиевую фольгу, какой-нибудь латунный (т. е. сделанный из сплава меди с цинком) предмет, свинцовое грузило.

Что произошло бы с ванной, будь она сделана только из железа?

Вы можете себе представить, как быстро бы она проржавела.

Как предотвратить этот процесс Любое покрытие, не дающее воде и кислороду прямо контактировать с железом, мешает появлению ржавчины. Для этого подошла бы краска, но она легко скалывается с поверхности, а, кроме того, при длительном воздействии вода может ее испортить. Можно покрыть железо нержавеющим металлом. Например, анодированное железо — это железо, покрытое тонким слоем нержавеющего цинка. Такой материал подошел бы для ванны, но стоит на ее поверхности появиться достаточно глубокой царапине, как это место начнет быстро ржаветь. Конечно, можно сделать ванну целиком из нержавеющего металла — латуни или меди. Но она будет слишком дорогой, намного дороже железной. Обычно ванны, которыми мы пользуемся, защищены эмалевыми покрытиями. На заводе ванна покрывается специальной пастой. Затем ее прогревают до белого каления, пока паста не превратится в твердый фаянс. Такое покрытие будет гладким, долговечным и стойким к царапинам и другим повреждениям-. Оно не даст железу ржаветь.

Северный полюс и наша ванна Какое же отношение имеет Северный полюс к нашей ванне Посмотрите на свой компас и вы увидите, что концы его стрелки окрашены в разные цвета. Обычно направленный на север конец стрелки выкрашен в голубой цвет, а направленный на юг — в белый. Теперь, ровно держа компас, поднесите его к верхнему краю ванны. Можно увидеть, как голубой конец стрелки развернется и укажет на ванну. Затем положите компас на пол возле ванны. В этом случае можно наблюдать, как стрелка будет указывать на ванну белым концом. Повторим опыт для разных участков вверху и внизу ванны. Все время вы будете наблюдать одно и то же: все участки в верхней части ванны притягивают к себе голубой конец стрелки компаса, а все участки ее нижней части — белый.

См. также:  Поверхностное натяжение воды

Чтобы разобраться в таком странном поведении компаса, необходимы некоторые сведения, которые можно получить, исследуя магнитный брусок.

Предположим, что такой магнит закреплен на дне маленького плоского пластмассового блюдца.

Из чего сделана ванна? Задумывались ли вы когда-нибудь над этим? А ведь это очень простой, естественный вопрос. И очень просто найти ответ на него. Любой магнит поможет вам в этом.

Вы, конечно, знаете, что предметы, притягивающиеся к магниту, сделаны, в основном, из железа. Среди обычных железных предметов, которые прилипают к магниту, скрепки для бумаг, кнопки, гвозди, болты, гайки, металлические части таких инструментов, как молоток, клещи, отвертка. Если какой-либо из этих предметов не притягивается к магниту, это значит почти наверняка, что он сделан не из железа, а из другого материала.

Магнетизм, магнитное поле

Есть еще только один распространенный чистый металл, который притягивается к магниту — никель. Он входит в состав некоторых монет. Но в монетах большинства стран никель смешан с другими металлами, и образующиеся сплавы магнитом не притягиваются.

Металлические изделия из алюминия, меди, бронзы, свинца не способны притягиваться к магниту. Не способны к этому и предметы из пластмассы, бумаги, дерева, ткани, резины, стекла и большинства других материалов. Железные предметы, покрытые краской, эмалью или подобными веществами, все равно притягиваются к магниту — такие покрытия не влияют на магнитные свойства железа. Следовательно, даже если предмет совершенно не похож на железный, железо может быть обнаружено под внешним покрытием с помощью магнита.

Когда вы подносите магнит к стенке ванны, то сразу чувствуете, что ванна его притягивает. Это говорит о том, что она сделана, в основном, из железа или из чистого никеля. Так как чистый никель намного дороже железа, то трудно предположить, что этот материал используется для изготовления ванн. А значит, можно смело утверждать, что ванна сделана в основном из железа.

А из чего сделана раковина в ванной комнате? Почему бы не узнать и это самим? Зачем ванну покрывают эмалью? Так как непосредственно исследовать металл в ванне не очень просто, используем в наших опытах обычную иглу. Давайте нальем воду в пластмассовый пузырек или блюдце, бросим туда иголку и отставим в сторону. Через день или чуть позже обнаружится, что игла заржавела. При встряхивании пузырька маленькие коричневые хлопья ржавчины появятся в воде, и вода может стать коричневой. Если вы сомневаетесь в достоверности наших слов, проделайте опыт сами. Будем каждый день заменять ржавую воду чистой. Продолжает ли игла покрываться ржавчиной Что станет с ней через неделю через месяц через год Когда игла ржавеет, железо соединяется с газом (кислородом), который попадает в воду из воздуха, и превращается в другое вещество, называемое окисью железа. Оказывается, вода в значительной степени ускоряет этот процесс, и, если железо даже немного увлажнить, оно начинает быстро ржаветь.

Все ли металлы ржавеют Попробуйте ответить на этот вопрос самостоятельно. Используйте медную монетку, серебряную ложку, алюминиевую фольгу, какой-нибудь латунный (т. е. сделанный из сплава меди с цинком) предмет, свинцовое грузило.

Что произошло бы с ванной, будь она сделана только из железа Вы можете себе представить, как быстро бы она проржавела.

Как предотвратить этот процесс Любое покрытие, не дающее воде и кислороду прямо контактировать с железом, мешает появлению ржавчины. Для этого подошла бы краска, но она легко скалывается с поверхности, а, кроме того, при длительном воздействии вода может ее испортить. Можно покрыть железо нержавеющим металлом. Например, анодированное железо — это железо, покрытое тонким слоем нержавеющего цинка. Такой материал подошел бы для ванны, но стоит на ее поверхности появиться достаточно глубокой царапине, как это место начнет быстро ржаветь. Конечно, можно сделать ванну целиком из нержавеющего металла — латуни или меди. Но она будет слишком дорогой, намного дороже железной. Обычно ванны, которыми мы пользуемся, защищены эмалевыми покрытиями. На заводе ванна покрывается специальной пастой. Затем ее прогревают до белого каления, пока паста не превратится в твердый фаянс. Такое покрытие будет гладким, долговечным и стойким к царапинам и другим повреждениям-. Оно не даст железу ржаветь.

Северный полюс и наша ванна Какое же отношение имеет Северный полюс к нашей ванне Посмотрите на свой компас и вы увидите, что концы его стрелки окрашены в разные цвета. Обычно направленный на север конец стрелки выкрашен в голубой цвет, а направленный на юг — в белый. Теперь, ровно держа компас, поднесите его к верхнему краю ванны. Можно увидеть, как голубой конец стрелки развернется и укажет на ванну. Затем положите компас на пол возле ванны. В этом случае можно наблюдать, как стрелка будет указывать на ванну белым концом. Повторим опыт для разных участков вверху и внизу ванны. Все время вы будете наблюдать одно и то же: все участки в верхней части ванны притягивают к себе голубой конец стрелки компаса, а все участки ее нижней части — белый.

См. также:  Давление воздуха и воды

Чтобы разобраться в таком странном поведении компаса, необходимы некоторые сведения, которые можно получить, исследуя магнитный брусок.

Предположим, что такой магнит закреплен на дне маленького плоского пластмассового блюдца. Блюдце же опустим плавать в середину ванны, наполненной водой.

Как вы думаете, что произойдет Блюдце с магнитом начнет поворачиваться и, совершая небольшие колебания, наконец, установится так, что магнит будет расположен в определенном направлении. Если мы повернем блюдце, а потом отпустим, то оно снова развернется так, что определенный конец магнитного бруска укажет то же направление, что и раньше. Убедитесь в этом на собственном опыте.

Показывает ли магнит на север Возьмем обычный компас, но отнесем его подальше от ванны или раковины, потому что, как мы уже видели, железо ванны влияет на способность компаса ориентироваться. Положим компас ровно на ладонь и понаблюдаем за стрелкой. Она повернется так, что ее голубой конец укажет определенное направление. Это направление близко к северному (но не точно на север). Это же направление указывает магнит в блюдце.

Магнетизм, магнитное поле

Часто, сокращая слова направленный на север и направленный на юг конец (полюс) стрелки, мы говорим просто северный или южный полюс. Это удобно в повседневном обращении, но может приводить к ужасной путанице. Северный полюс магнита — это, конечно, не то же самое, что Северный полюс Земли. Северный полюс стрелки — это конец магнитной стрелки, который, если ему ничего не мешает, поворачивается так, чтобы указывать направление приблизительно на север. Северный полюс Земли — это географическое понятие, та точка на Земле, где проходит ось, вокруг которой Земля совершает вращение. Перепутать северный полюс магнита с Северным полюсом Земли — это все равно, что назвать птицей охотничью собаку только потому, что собака показывает, где находится птица.

Стрелка компаса — это магнит, который может свободно вращаться, так как закреплен на очень остром шпеньке. Магнит в блюдце тоже может легко вращаться, так как плавает в воде. В обоих случаях мы имеем магниты, которые могут свободно поворачиваться. И оба они поворачивались в определенном направлении так, чтобы указывать почти на север. Мы говорим почти, потому что северный конец магнитной стрелки компаса показывает не на географический Северный полюс, расположенный в центре Арктики. На самом деле он указывает на определенное место в Северной Канаде, один из двух магнитных полюсов Земли. Другой магнитный полюс, находящийся в Антарктике, притягивает к себе южный конец магнитной стрелки компаса.

Возникает вопрос, почему стрелка компаса всегда выбирает именно эту точку в Северной Канаде и поворачивается к ней?

Почему бы ей не указать на восток или на запад, на Северный полюс, на Чикаго или Буэнос- Айрес?

Вы, наверное, знаете, что каждый магнит обладает двумя полюсами, в которых магнитные силы особенно велики. У большинства магнитов, выполненных в форме бруска или полоски, полюса расположены на концах, хотя можно изготовить магниты с полюсами и в других частях бруска.

Если мы поднесем два магнита близко друг к другу северными концами, то почувствуем силу, которая будет отталкивать их. То же самое наблюдается и в случае сближения южных концов. Таким образом, одноименные полюса магнита отталкиваются. С другой стороны, если приблизить северный конец одного магнита к южному концу другого, то явственно ощутится их притяжение друг к другу. Северный конец одного магнита всегда притягивает южный конец другого. Итак, разноименные полюса притягиваются.

Земля — это тоже гигантский магнит. И у нее тоже есть свои собственные магнитные полюса — один в Северной Канаде, другой в Антарктике. Магнитные полюса Земли обладают огромной силой, действие которой ощущается в любой точке планеты.

См. также:  Исследования воды

Если магниту дать возможность свободно вращаться, например, поместив в плавающее блюдце или закрепив на острие, один из его полюсов повернется в определенном направлении — на Северную Канаду, а другой его полюс будет показывать в сторону Антарктики.

Тут вы, наверное, почувствовали, что с названиями у нас не все ладно. Разве направленный на север полюс магнита не является по существу его южным полюсом И не является ли направленный на юг полюс магнита по сути его северным полюсом, раз он притягивается Южным полюсом Земли Ужасная путаница, не правда ли Как же она образовалась Пять или шесть веков назад, когда люди впервые начали пользоваться компасом, они дали названия концам его стрелки. Названия эти казались им вполне естественными: конец, который показывал туда, где, по их мнению, был Северный (географический) полюс и назвали северным, другой конец — южным. Но, как мы увидели, это оказался крайне неудачный выбор обозначений, Однако наша первоначальная загадка так и не разгадана. Почему северный конец стрелки компаса (голубой) поворачивается к ванне, когда компас поднесен к ее верхнему краю А когда он лежит на полу, к ванне обращен южный конец стрелки (белый) О чем говорит нам тот факт, что северный конец стрелки обращен к верхней части ванны Верхняя часть ванны представляет собой южный ее полюс, притягивающий к себе противоположный — северный полюс стрелки. Дно ванны притягивает к себе южный полюс магнитной стрелки, а, значит, само является северным полюсом. Магнит в плавающем блюдце и магнит, установленный на остром шпеньке, не совсем свободны. Они могут лишь поворачиваться в определенной плоскости. Если расположить стрелку в направлении север — юг и дать ей возможность вращаться в вертикальной плоскости, то обнаружатся интересные вещи. Если опыт проводится в умеренных широтах Северного полушария, стрелка повернется примерно на 60—70°. Она ведет себя, как будто ее притягивает магнитный по-люс, расположенный не на поверхности, а глубоко под поверхностью Канады.

 

Железо, из которого в основном сделана ванна — магнитное вещество. Такое вещество разделено на крошечные области, которые представляют собой маленькие магнитики со своими северными и южными полюсами. И эти магнитные области могут поворачиваться. Поэтому магнитные силы Земли разворачивают их так, что их северные концы устанавливаются под углом 60—70° к поверхности Земли. Северные концы множества магнитиков создают эффект большого северного полюса на дне. В то же время их южные концы выстраиваются наискось кверху, создавая южный полюс в верхней части ванны. Таким образом, загадка ванны-магнита разъясняется.

А железная батарея отопления тоже имеет в нижней части северный полюс, а в верхней — южный Конечно Каждый неподвижный железный предмет очень быстро намагничивается Землей таким образом, что дно его (в нашей местности) становится северным полюсом, а верхушка — южным. Даже у зонтика с железной ручкой, если оставить его на время в неизменном положении, появятся магнитные полюса. Легко убедиться в этом самим. Проверьте холодильник, стиральную машину, кухонную плиту, стальную дверцу. Что у вас получится Не так давно было сделано интересное открытие в геологии, имеющее отношение к нашему рассказу. Оказывается, у некоторых скал обнаружено слабое магнитное поле, которое образовалось миллионы лет назад, когда скалы были извергнуты из земли в виде раскаленной лавы, остывшей и затвердевшей впоследствии. Но среди этих скал есть такие, которые показывают своими северными полюсами на юг.

Исходя из наших сегодняшних наблюдений, этого не следовало бы ожидать. Какой же вывод можно сделать Одно объяснение заключается в том, что магнитные полюса Земли менялись местами в далеком прошлом, быть может, даже не раз. Несомненно, тут появляются интересные вопросы о структуре Земли, на которые ученые до сих пор не могут ответить.

ЗАДАЧИ

 

1. Мальчик, живущий в городе Кито (Эквадор), расположенном на экваторе, читает эту книгу и хочет проверить, действительно ли его ванна намагничена так, что внизу у нее северный полюс, а вверху — южный. Что он обнаружит?

2. Девочка, живущая на самом юге Аргентины, в месте, расположенном на 55° южнее экватора, переписывается с мальчиком из Кито. Он рассказал ей о результатах своих исследований, и она решила проверить, как намагничена ее ванна. Что получится у нее?

 

САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

1. Как превратить головку иглы в северный или южный полюс магнит?

2. Сможете ли вы сделать магнит с тремя полюсами

3. Придумайте, как изготовить магнит, используя электрический ток от батарейки.