Магнитното взаимодействие на обектите е един от основните процеси, които управляват всичко във Вселената. Неговите видими прояви са магнитни явления. Сред тях са северното сияние, привличането на магнити, магнитните бури и пр. Как възникват те? Какви са те?
магнетизъм
Магнитните явления и свойства се наричат общо магнетизъм. Съществуването им е известно от много дълго време. Предполага се, че още преди четири хиляди години китайците са използвали това знание, за да създадат компас и да се ориентират в морски пътувания. Провеждането на експерименти и сериозното изучаване на физическия магнитен феномен започва едва през 19 век. Ханс Ерстед се смята за един от първите изследователи в тази област.
Магнитните явления могат да се появят както в Космоса, така и на Земята и се появяват само в магнитни полета. Такива полета възникват от електрически заряди. Когато зарядите са неподвижни, около тях се образува електрическо поле. Когато се движат - магнитно поле.
Тоест, феноменът на магнитното поле възниква с появата наелектрически ток или променливо електрическо поле. Това е област от пространството, в която действа сила, която въздейства на магнити и магнитни проводници. Той има своя собствена посока и намалява, когато се отдалечава от източника си - проводника.
Магнити
Тяло, около което се образува магнитно поле, се нарича магнит. Най-малкият от тях е електронът. Привличането на магнитите е най-известният физически магнитен феномен: ако прикрепите два магнита един към друг, те или ще привличат, или ще отблъснат. Всичко е за тяхната позиция един спрямо друг. Всеки магнит има два полюса: северен и южен.
Едни и същи полюси се отблъскват, докато противоположните полюси, напротив, се привличат. Ако го разрежете на две, северният и южният полюс няма да се разделят. В резултат ще получим два магнита, всеки от които също ще има два полюса.
Има редица материали, които са магнитни. Те включват желязо, кобалт, никел, стомана и др. Сред тях има течности, сплави, химически съединения. Ако магнитите се държат близо до магнит, те сами ще станат такива.
Вещества като чисто желязо лесно придобиват това свойство, но също така бързо се сбогуват с него. Други (като стомана) отнемат повече време за магнетизиране, но запазват ефекта за дълго време.
Магнитизиране
Установихме по-горе, че при движение на заредени частици възниква магнитно поле. Но за какво движение можем да говорим, например, в парче желязо, окачено на хладилник? всичковеществата са изградени от атоми, които съдържат движещи се частици.
Всеки атом има свое собствено магнитно поле. Но в някои материали тези полета са насочени произволно в различни посоки. Поради това около тях не се създава едно голямо поле. Такива вещества не са способни на магнетизиране.
В други материали (желязо, кобалт, никел, стомана) атомите могат да се подредят така, че всички да сочат по един и същи начин. В резултат на това около тях се образува общо магнитно поле и тялото се намагнетизира.
Оказва се, че намагнитването на едно тяло е подреждането на полетата на неговите атоми. За да нарушите този ред, достатъчно е да го ударите силно, например с чук. Полетата на атомите ще започнат да се движат хаотично и ще загубят своите магнитни свойства. Същото ще се случи, ако материалът се нагрее.
Магнитна индукция
Магнитните явления са свързани с движещи се заряди. Така че около проводник с електрически ток със сигурност ще възникне магнитно поле. Но може ли да е обратното? Английският физик Майкъл Фарадей веднъж зададе този въпрос и открива феномена на магнитната индукция.
Той заключи, че постоянно поле не може да предизвика електрически ток, но променливото може. Токът възниква в затворена верига на магнитното поле и се нарича индукция. В този случай електродвижещата сила ще се промени пропорционално на промяната в скоростта на полето, което пронизва веригата.
Откритието на Фарадей беше истински пробив и донесе значителни ползи за производителите на електроенергия. Благодарение на него стана възможно да се получава ток от механична енергия. Изведеният от учения закон е приложен иизползван в устройството на електрически двигатели, различни генератори, трансформатори и др.
Магнитното поле на Земята
Юпитер, Нептун, Сатурн и Уран имат магнитно поле. Нашата планета не е изключение. В обикновения живот почти не го забелязваме. Не е осезаем, няма вкус или мирис. Но именно с него са свързани магнитните явления в природата. Като сияние, магнитни бури или магниторецепция при животните.
По същество Земята е огромен, но не много силен магнит, който има два полюса, които не съвпадат с географските. Магнитните линии напускат южния полюс на планетата и влизат в северния. Това означава, че всъщност Южният полюс на Земята е северният полюс на магнита (следователно защо на Запад южният полюс е обозначен в синьо - S, а в червено - северният полюс - N).
Магнитното поле се простира на стотици километри от повърхността на планетата. Той служи като невидим купол, който отразява мощна галактическа и слънчева радиация. При сблъсъка на радиационни частици със земната обвивка се образуват много магнитни явления. Нека разгледаме най-известните от тях.
Магнитни бури
Слънцето има силно влияние върху нашата планета. Той не само ни дава топлина и светлина, но и провокира такива неприятни магнитни явления като бури. Появата им е свързана с увеличаване на слънчевата активност и процесите, които протичат вътре в тази звезда.
Земята е постоянно засегната от потока от йонизирани частици от Слънцето. Те се движат сскорост 300-1200 km/s и се характеризират като слънчев вятър. Но от време на време се случват внезапни изхвърляния на огромен брой от тези частици върху звезда. Те действат като удари върху земната обвивка и предизвикват трептене на магнитното поле.
Такива бури обикновено продължават до три дни. По това време някои жители на нашата планета се чувстват зле. Вибрациите на черупката се отразяват в нас с главоболие, повишен натиск и слабост. В живота си човек преживява средно 2000 бури.
Северно сияние
В природата има и по-приятни магнитни явления - северното сияние или сиянието. Проявява се под формата на небесно сияние с бързо променящи се цветове и се среща главно във високи географски ширини (67-70 °). При силна активност на Слънцето сиянието се наблюдава още по-ниско.
На около 64 километра над полюсите, заредените слънчеви частици се срещат в далечните краища на магнитното поле. Тук някои от тях се насочват към магнитните полюси на Земята, където взаимодействат с газовете на атмосферата, поради което се появява сиянието.
Спектърът на сиянието зависи от състава на въздуха и неговото разреждане. Червеното сияние се появява на височина от 150 до 400 километра. Сините и зелените нюанси са свързани с високо съдържание на кислород и азот. Те се срещат на височина от 100 километра.
Magnitoreception
Основната наука, която изучава магнитните явления, е физиката. Някои от тях обаче може да са свързани и с биологията. Например магнитната чувствителност на животаорганизми - способността да разпознават магнитното поле на Земята.
Много животни, особено мигриращи видове, имат този уникален дар. Способността за магниторецепция е открита при прилепи, гълъби, костенурки, котки, елени, някои бактерии и др. Тя помага на животните да се ориентират в пространството и да намерят дома си, отдалечавайки се от него на десетки километри.
Ако човек използва компас за ориентация, тогава животните използват напълно естествени инструменти. Учените все още не са в състояние да определят точно как и защо работи магниторецепцията. Но е известно, че гълъбите са в състояние да намерят дома си, дори ако бъдат отведени на стотици километри от него, като същевременно затварят птицата в напълно тъмна кутия. Костенурките намират своето родно място дори години по-късно.
Благодарение на своите "суперсили", животните очакват вулканични изригвания, земетресения, бури и други катаклизми. Те са чувствителни към флуктуации в магнитното поле, което увеличава способността за самосъхранение.
