Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
Шрифт:
деревья, причем с такой силой, что оторвать их можно только, обрубая сучья и
ветви; камень катохит, притягивающий к себе мясо (как впоследствии выяснилось,
этот камень "от его липкости и присущего ему клея" пристает к теплым рукам).
Воображением и наблюдательностью наших предков было образовано и семейство
"антимагнитов", т. е. семейство существ и веществ, взаимно отталкивающихся. В это
семейство попали и антипатичные друг другу люди; и пламя свечи, отталкивающееся
от
"…Плиний, выдающийся человек и лучший из тех, кто делал выписки (ведь он
передал потомству не всегда и не преимущественно то, что он видел и открыл сам,
а чужое), списал у других сказку, ставшую в новое время, благодаря частым
пересказам, общеизвестной: в Индии, у реки Инда, есть две горы; природа одной,
состоящей из магнита, такова, что она задерживает всякое железо; другая,
состоящая из феамеда, отталкивает железо. Так, если в обуви имеются железные
гвозди, то нет возможности оторвать подошвы от одной из этих гор, а на другую
нет возможности ступить". Альберт Великий пишет, что в его время был найден
магнит, который одной своей стороной притягивал к себе железо, а другой,
противоположной, отталкивал его, — указывал Гильберт, человек, на долю которого
выпало разделить все эти явления "притяжения и отталкивания" на соответствующие
категории и выделить из них лишь то, что непосредственно касается магнита.
Гильберт отверг всякие рассуждения о феамеде — веществе, отталкивающемся от
железа. Может быть, это была ошибка Гильберта.
Сегодня хорошо известно, что есть материалы, которые магнитом отталкиваются. К
их числу, например, принадлежит медь. Правда, это отталкивание очень слабое, но
кто знает — не могли ли древние каким-то образом заметить его и создать свое
учение о феамеде — антимагните.
Сейчас такие вещества называют диамагнетиками.
Вещества, притягивающиеся к магниту, называют парамагнетиками и
ферромагнетиками. Свойство притяжения в наибольшей степени присуще
ферромагнетикам, и в первую очередь железу, никелю и кобальту.
Причиной магнитных свойств единодушно считают вращение заряженных электронов
вокруг ядра атома и собственное вращение электрона вокруг оси (спин). Всякое
движение заряда — это электрический ток, а каждый ток создает магнитное поле.
Магнитные свойства атомов, так же как и все их свойства, находят отражение в
Периодической системе элементов Д.И.Менделеева. Изменению номера элемента в
таблице Менделева соответствует изменение структуры электронных оболочек атома.
Структуры оболочек ферромагнитных атомов таковы, что все электроны,
говоря, вращаются в одну сторону, создавая сильный суммирующий магнитный момент.
В неферромагнитных же атомах магнитные моменты электронов направлены в разные
стороны, что приводит к их взаимной компенсации.
В ненамагниченном ферромагнетике магнитный момент тела в целом равен нулю. Это
объясняется тем, что в ферромагнетиках все атомы делятся на группы — так
называемые домены. Каждый из доменов, видимый невооруженным глазом, содержит
миллиарды атомов, ориентированных в одном направлении, и, таким образом, имеет
солидный суммарный магнитный момент. Однако тело в целом магнитным моментом не
обладает, поскольку домены в теле расположены хаотично.
Помещая тело в магнитное поле, мы способствуем тому, что все домены постепенно
ориентируются в направлении внешнего магнитного поля и их магнитные свойства
суммируются. Сняв внешнее магнитное поле, получим новый магнит — ферромагнитное
тело, в котором все домены намагничены в одном направлении. Если мы хотим в
течение длительного времени сохранить магнитные свойства "рукотворного магнита",
нужно приложить усилия к тому, чтобы домены не вернулись к прежнему хаотическому
расположению. Для этого магнит не нужно трясти и нагревать.
Почему же намагниченные тела притягиваются? Теория утверждает, что всякая
система пытается принять такое положение, в котором ее энергия минимальна.
Почему камень падает на землю? Он падает на землю потому, что стремится занять
такое положение, в котором его потенциальная энергия будет минимальной. Другими
словами, камень стремится занять энергетически наиболее низкое положение и
поэтому падает.
Существуют громоздкие математические формулы, говорящие о том, что суммарная
энергия двух магнитов, касающихся один другого, меньше, чем энергия магнитов,
разнесенных на некоторое расстояние. Поскольку система должна занять
энергетически наиболее "низкое" положение, магниты притягиваются. То же самое
можно сказать о магните и куске железа.
Такое объяснение универсально и просто. Если оно вас удовлетворяет, можете
считать загадку магнита решенной.
Нужно отметить, однако, что поскольку современное объяснение магнетизма следует
из категорий квантовой физики, полная разгадка тайны магнита наступит тогда,
когда мы полностью поймем суть пока еще таинственных процессов, происходящих в
микромире.
Рукотворные магниты