Магниты и их полюса
Разрежь полосовой магнит пополам: получатся два магнита, у каждого из которых будут северный и южный полюса.
Концы, указывающие на север и на юг
Подвесь полосовой магнит на нити так, чтобы он мог свободно поворачиваться. Один его конец развернётся примерно на север. Этот конец называют северным полюсом магнита, точнее, полюсом, обращённым к северу. Другой конец обращён к югу. Оба полюса есть у любого магнита независимо от формы: полосового, подковообразного, кольцевого или плоского магнита на дверце холодильника. Притяжение сильнее всего у полюсов, поэтому скрепки собираются на концах полосового магнита, а в середине их почти нет.
Поднеси два магнита друг к другу. Правило простое: одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются. Северный отталкивает северный, южный отталкивает южный, а северный и южный притягиваются. Для электрических зарядов действует похожее правило, но есть важное отличие. О нём пойдёт речь дальше.
Перетащи, чтобы повернуть. Для изменения масштаба прокрути колёсико или сведи и разведи два пальца.
Отдельный полюс получить нельзя
Положительные и отрицательные заряды можно разделить: потри воздушный шарик, и на нём самом появится избыточный отрицательный заряд. Магнитные полюса разделить не получается. Если разрезать полосовой магнит посередине, надеясь отделить северный полюс от южного, каждая половина станет полноценным магнитом с одним новым полюсом на своей поверхности разреза. При дальнейшем разрезании всё повторяется вплоть до отдельного атома железа, у которого тоже есть северный и южный полюса. На Солнце пятна часто образуют пары с противоположной магнитной полярностью.
Одиночный изолированный полюс назывался бы магнитным монополем. Его пока не обнаружили, и физики продолжают поиски. Поскольку полюса всегда встречаются парами, современная физика связывает весь магнетизм с движением электрических зарядов: собственным вращением электронов и их движением внутри атомов или током в проводе. В уроке 4 мы получим магнит с помощью тока.
Почему притягиваются лишь некоторые металлы
Магнит держится на стальной дверце холодильника, но не на алюминиевой кастрюле или медной монете. Лишь немногие материалы сильно реагируют на магниты. Их называют ферромагнетиками, от латинского ferrum, железо. Это само железо, кобальт, никель, гадолиний и сплавы, например сталь. Некоторые сплавы редкоземельных элементов, в том числе неодима, служат материалом для самых сильных постоянных магнитов повседневного применения. Другие вещества тоже реагируют, но настолько слабо, что это замечают лишь чувствительные приборы.
Внутри куска железа есть небольшие области, называемые доменами. В каждом домене атомы, подобно крошечным магнитам, ориентированы одинаково. Но сами домены направлены как попало, и их действие взаимно компенсируется. При приближении магнита согласованные с его полем домены растут, иногда до миллиметровых размеров, а остальные уменьшаются. Железо становится магнитом, обращённым к внешнему магниту разноимённым полюсом, и притягивается. Нагрев или сильные удары могут вновь нарушить порядок доменов. Выше температуры Кюри, которая для железа равна 770 °C (1043 K), железо теряет ферромагнетизм и становится парамагнитным.
| Северный полюс магнита | Конец свободно подвешенного магнита, указывающий на север |
| Правило для полюсов | Одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются |
| Ферромагнетик | Сильно намагничиваются: железо, кобальт, никель, гадолиний |
| Домен | Область с одинаковой ориентацией атомных магнитов |
| Температура Кюри железа | 770 °C (1043 K) |
| Магнитный монополь | Одиночный изолированный полюс; не наблюдался |
- У каждого магнита есть полюс, обращённый к северу, и полюс, обращённый к югу.
- Одноимённые полюса отталкиваются, разноимённые притягиваются.
- Полюса нельзя разделить: разрезанный магнит превращается в два магнита.
- Железо, кобальт, никель и гадолиний являются ферромагнетиками; вблизи магнита их домены упорядочиваются.
- Выше температуры Кюри (770 °C для железа) железо теряет ферромагнитные свойства.
- Два северных полюса сближают. Они:
- Отталкиваются
- Притягиваются
- Никак не взаимодействуют
- Превращаются в южные полюса
- Северный и южный полюса сближают. Они:
- Притягиваются
- Отталкиваются
- Никак не взаимодействуют
- Меняются местами
- Ты разрезал полосовой магнит пополам. Что получилось?
- Два магнита, у каждого есть N и S
- Отдельный полюс N и отдельный полюс S
- Два куска немагнитного металла
- Один магнит и один кусок обычного железа
- Какой металл НЕ притягивается магнитом сильно?
- Алюминий
- Железо
- Никель
- Кобальт
- Слово «ферромагнетик» происходит от латинского слова, обозначающего:
- Железо
- Камень
- Север
- Магнит
- Температура Кюри железа равна 1043 K. Чему она равна в °C? (один знак после точки, используй 273.15)
- Почему ненамагниченный железный гвоздь притягивается к магниту?
- Его домены упорядочиваются, и он становится магнитом с разноимённым полюсом на ближнем конце
- У него уже есть постоянный полюс N
- Железо заряжено положительно
- Магнит нагревает его
- Что никогда не наблюдалось?
- Магнитный монополь
- Южный полюс
- Подковообразный магнит
- Магнитный домен
- Сильный нагрев магнита:
- Нарушит порядок доменов и ослабит магнит
- Сделает его сильнее
- Поменяет его полюса местами
- Превратит его в медь
- В каком году Гильберт издал De Magnete?
- 1600
- 1492
- 1687
- 1820
Источники курса (16)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
- 22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
- 22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
- 22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
- 22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
- 23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
- NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
- NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
- 1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
- inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
- north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
- last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
- NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
- NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
- USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
- APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.
Проверено: 2026-10-17