Какие магниты отталкиваются друг от друга

Почему магниты имеют свойство притягиваться и отталкиваться? (03.06.2021 г.)

Магнит известен нам со школьной скамьи, когда на уроках физики демонстрировался предмет в виде подковы, который притягивал к своим полюсам металлические изделия. Наверняка, многие задавали вопрос, почему игрушки – магнитики притягиваются к металлической дверце холодильника, но не удерживаются на бетонных или деревянных поверхностях.

Этому есть научное объяснение, в структуре черного минерала из класса оксидов происходит упорядоченное определенным образом электромагнитное взаимодействие электронов. Толчок взаимодействию дает бозон или фотон, поэтому материал проявляет свои магнитные свойства.

Немного истории

Происхождение слова «магнит» покрыто тайной. Ученые склоняются к версии названия, произошедшего от имени греческого пастуха Магнеса, пастух нашел минерал и был удивлен его свойствам. Другая неподтвержденная гипотеза: минерал назван так в честь региона Магнесия, находившегося в Малой Азии. В этом районе были открыты залежи магнетита.

Применение

Магниты нашли широкое применение в разных областях деятельности человека. В строительстве используются магнитные фиксаторы или намагниченная вода. В нефтепереработке магнитные элементы препятствуют образованию отложений на трубопроводах, в медицине используются для производства приборов МРТ. В транспорте нашли применение в качестве запорных устройств, преобразователей и датчиков.

Почему магниты имеют свойство притягиваться и отталкиваться?

Магнетизм, как научное явление, вызывается перемещением электронов. Вещества и предметы состоят из мельчайших атомов, эта физическая единица представляет собой ядро и движущиеся вокруг него электроны. Поскольку электроны имеют отрицательные заряды, то создают магнитные поля. Вращение электрона по часовой стрелке направляет магнитное поле наверх, а вращение против часовой стрелки – вниз.

Если количество разнонаправленных полей совпадает, то магнитные поля отсутствуют. Если баланс нарушается, и электроны начинают вращение в одном направлении, возникает магнитное поле большой силы. Именно этот процесс и происходит в минерале под названием магнетит.

У магнита два полюса: северный и южный. Если два магнита расположить вблизи, они начинают направлять магнитные поля строго в одном направлении, другими словами, усиливать друг друга. Южный полюс первого магнита стремится к северному полюсу второго. Если вблизи оказываются пара северных или пара южных полюсов магнитов, их магнитные поля направляются в разные стороны, и магниты отталкиваются.

В структуре железа происходят приблизительно такие же процессы, электроны производят вращение в одну сторону. Если рядом появляется магнит, железо воспринимает его как близкий по структуре материал и стремится соединить свои магнитные поля с полями минерала. Железо само становится магнитом, находясь рядом с минералом. Пока железо и магнит притянуты друг к другу, их магнитные поля остаются в параллельном направлении. Как только они разъединяются, магнитные свойства железа исчезают.

Почему сила магнита действует по-разному?

В других материалах электроны движутся в разных направлениях, поэтому не могут создать сильное магнитное поле, не способны притягивать магниты.

Магнит притягивается с разной силой к различным металлам. К примеру, к никелю, железу и другим сплавам магнит притягивается очень прочно. Подавляющая часть металлов не взаимодействует с магнитами с такой силой, взаимодействие иногда невозможно заметить в домашних условиях, а только в лабораториях, во время проведения опытов. Строение и связь атомов у других металлов отличны от строения и связей железа, поэтому притяжение столь малозаметно.

Что заставляет магниты отталкиваться?

Иногда вы можете увидеть, как магниты отталкиваются друг от друга, а иногда — как они притягиваются. Изменение формы и ориентации двух разных магнитов может изменить способ их притяжения или отталкивания.

Более подробное изучение магнитных материалов может дать вам лучшее представление о том, как работает сила отталкивания магнита. На этих примерах вы можете увидеть, насколько тонкими и творческими могут быть теории и наука о магнетизме.

Отталкивающая сила магнита

Противоположности притягиваются. Чтобы объяснить, почему магниты отталкиваются друг от друга, северный конец одного магнита будет притягиваться к югу от другого магнита. Северный и северный концы двух магнитов, а также южный и южный концы двух магнитов будут отталкивать друг друга. Магнитная сила является основой электродвигателей и привлекательных магнитов для использования в медицине, промышленности и исследованиях.

Чтобы понять, как работает эта сила отталкивания, и объяснить, почему магниты отталкивают друг друга и притягивают электричество, важно изучить природу магнитной силы и множество форм, которые она принимает в различных явлениях в физика.

Магнитная сила на частицах

Для двух движущихся заряженных частиц с зарядамиq₁а такжеq₂и соответствующие скоростиv₁а такжеv₂разделенные радиус-векторомр, магнитная сила между ними задаетсяЗакон Био-Савара​:

F = \ frac <\ mu_0 q_1 q_2> <4 \ pi | r | ^ 2>v_1 \ times (v_2 \ times r)

в котором×обозначаетперекрестное произведение, объясняется ниже.μ₀ = 12.57×10 −7 H / м, которая является константой магнитной проницаемости для вакуума. Иметь ввиду| г |— абсолютное значение радиуса. Эта сила очень сильно зависит от направления векторовv₁​, ​v₂, а также _р.

Хотя уравнение может показаться похожим на электрическую силу, действующую на заряженные частицы, имейте в виду, что магнитная сила используется только для движущихся частиц. Магнитная сила также не учитываетмагнитный монополь, гипотетическая частица, которая будет иметь только один полюс, север или юг, в то время как электрически заряженные частицы и объекты могут заряжаться в одном направлении, положительном или отрицательном. Эти факторы вызывают различия в формах силы для магнетизма и электричества.

Теории электричества и магнетизма также показывают, что если бы у вас были два магнитных монополя, которые не двигались, они все равно будут испытывать силу так же, как электрическая сила, возникающая между двумя заряженными частицы.

Однако ученые не представили никаких экспериментальных доказательств, позволяющих с уверенностью и уверенностью заключить, что магнитные монополи существуют. Если окажется, что они действительно существуют, ученые могли бы придумать идеи «магнитного заряда» так же, как электрически заряженные частицы.

Определение притяжения и отталкивания магнетизма

Если иметь в виду направление векторовv₁​, ​v₂, а такжер, вы можете определить, является ли сила между ними притягивающей или отталкивающей. Например, если у вас есть частица, движущаяся вперед в направлении x со скоростьюv, то это значение должно быть положительным. Если он движется в другом направлении, то значение v должно быть отрицательным.

Эти две частицы отталкиваются друг от друга, если магнитные силы, определяемые их соответствующими магнитными полями между ними, нейтрализуют друг друга, указывая в разных направлениях друг от друга. Если две силы направлены в разные стороны друг к другу, магнитная сила притягивает. Магнитная сила вызвана этими движениями частиц.

Вы можете использовать эти идеи, чтобы показать, как магнетизм работает с повседневными предметами. Например, если вы поместите неодимовый магнит рядом со стальной отверткой и переместите его вверх, вниз по валу, а затем удалите магнит, отвертка может сохранить в нем некоторый магнетизм. Это происходит из-за взаимодействующих магнитных полей между двумя объектами, которые создают силу притяжения, когда они нейтрализуют друг друга.

Это определение «отталкивать и притягивать» справедливо во всех случаях использования магнитов и магнитных полей. Следите за тем, какие направления соответствуют отталкиванию и притяжению.

Магнитная сила между проводами

••• Сайед Хуссейн Атер

Для токов, которые перемещают заряды по проводам, магнитная сила может быть определена как притягивающая или отталкивающий, основанный на расположении проводов относительно друг друга и направлении тока движется. Для токов в круглых проводах вы можете использовать правую руку, чтобы определить, как возникают магнитные поля.

Правило правой руки для токов в петлях из проводов означает, что если вы поместите пальцы правой руки, согнутые в направлении проволочной петли, вы можете определить направление результирующего магнитного поля и магнитный момент, как показано на схеме выше. Это позволяет определить, насколько петли привлекательны или отталкивают друг друга.

Правило правой руки также позволяет определить направление магнитного поля, которое излучает ток в прямом проводе. В этом случае вы указываете большим пальцем правой руки в направлении тока через электрический провод. Направление сгибания пальцев правой руки определяет направление магнитного поля?

Из этих примеров магнитного поля, индуцированного токами, вы можете определить магнитную силу между двумя проводами в результате формирования этих силовых линий магнитного поля.

Определение притяжения и отталкивания электричества

••• Сайед Хуссейн Атер

Магнитные поля между витками токоведущих проводов являются либо притягивающими, либо отталкивающими, в зависимости от направления электрического тока и направления возникающих из них магнитных полей. Магнитный дипольный момент — это сила и ориентация магнита, создающего магнитное поле. На приведенной выше диаграмме результирующее притяжение или отталкивание показывает эту зависимость.

Вы можете представить себе силовые линии магнитного поля, излучаемые этими электрическими токами, как вьющиеся вокруг каждой части токовой петли. Если направления петли между двумя проводами противоположны друг другу, провода будут притягиваться друг к другу. Если они находятся в противоположных направлениях друг от друга, петли будут отталкивать друг друга.

Магниты отталкивают и притягивают электричество

ВУравнение Лоренцаизмеряет магнитную силу между частицами, движущимися в магнитном поле. Уравнение

F = qE + qv \ раз B

в которомFмагнитная сила,q— заряд заряженной частицы,Eэлектрическое поле,v— скорость частицы, аBмагнитное поле. В уравнении x обозначает перекрестное произведение междуqvа такжеB​.

Перекрестное произведение можно объяснить с помощью геометрии и другой версии правила правой руки. На этот раз вы используете правило правой руки как правило для определения направления векторов в перекрестном произведении. Если частица движется в направлении, не параллельном магнитному полю, частица будет отталкиваться от нее.

Уравнение Лоренца показывает фундаментальную связь между электричеством и магнетизмом. Это привело бы к идеям об электромагнитном поле и электромагнитной силе, которые представляют как электрические, так и магнитные компоненты этих физических свойств.

Перекрестный продукт

Правило правой руки говорит вам, что перекрестное произведение двух векторов,аа такжеб, является перпендикуляром к ним, если вы укажете указательным пальцем правой руки в направленииби средний палец правой руки в направленииа. Ваш большой палец будет указывать в направленииc, результирующий вектор из векторного произведенияаа такжеб. Векторcимеет величину, равную площади параллелограмма, который вектороваа такжебохватывать.

••• Сайед Хуссейн Атер

Перекрестное произведение зависит от угла между двумя векторами, поскольку он определяет площадь параллелограмма, который проходит между двумя векторами. Перекрестное произведение для двух векторов может быть определено как

a \ times b = | a || b | \ sin

под каким-то угломθмежду векторамиаа такжеб,имея в виду, это указывает в направлении, заданном правилом правой руки междуаа такжеб​.

Магнитная сила компаса

Два северных полюса отталкиваются друг от друга, а два южных полюса также будут отталкивать друг друга, точно так же, как электрические заряды отталкиваются друг от друга, а противоположные заряды притягиваются друг к другу. Стрелка магнитного компаса компаса движется с крутящим моментом — силой вращения движущегося тела. Вы можете рассчитать этот крутящий момент, используя перекрестное произведение вращательной силы на крутящий момент, как результат магнитного момента с магнитным полем.

В этом случае можно использовать «тау».

\ tau = m \ times B = | m || B | \ sin

гдем— магнитный дипольный момент,B— магнитное поле, аθугол между этими двумя векторами. Если вы определите, какая часть магнитной силы связана с вращением объекта в магнитном поле, это значение будет крутящим моментом. Вы можете определить либо магнитный момент, либо силу магнитного поля.

Так как стрелка компаса совмещается с магнитным полем Земли, она будет указывать на север, потому что такое выравнивание является ее самым низким энергетическим состоянием. Здесь магнитный момент и магнитное поле совпадают друг с другом, а угол между ними равен 0 °. Это компас в состоянии покоя после того, как были учтены все остальные силы, перемещающие компас. Вы можете определить силу этого вращательного движения с помощью крутящего момента.

Обнаружение отталкивающей силы магнита

Магнитное поле заставляет материю проявлять магнитные свойства, особенно среди таких элементов, как кобальт и железо, которые имеют неспаренные электроны, которые позволяют зарядам перемещаться и возникать магнитные поля. Магниты, которые классифицируются как парамагнитные или диамагнитные, позволяют определить, является ли магнитная сила притягивающей или отталкивающей со стороны полюсов магнита.

В диамагнетиках нет или мало неспаренных электронов, и они не могут позволить зарядам течь свободно, как это делают другие материалы. Они отталкиваются магнитными полями. У парамагнетиков есть неспаренные электроны, которые пропускают заряд, и поэтому их притягивают магнитные поля. Чтобы определить, является ли материал диамагнитным или парамагнитным, определите, как электроны занимают орбитали, на основе их энергии по отношению к остальной части атома.

Убедитесь, что электроны должны занять каждую орбиталь только с одним электроном, прежде чем на орбиталях будет два электрона. Если у вас останутся неспаренные электроны, как в случае с кислородом O₂, материал парамагнитен. В противном случае он диамагнитен, как N₂. Вы можете представить эту силу притяжения или отталкивания как взаимодействие одного магнитного диполя с другим.

Потенциальная энергия диполя во внешнем магнитном поле дается скалярным произведением между магнитным моментом и магнитным полем. Эта потенциальная энергия равна

U = -m \ cdot B = — | m || B | \ cos

для углаθмежду м и Б. Скалярное произведение измеряет скалярную сумму, полученную в результате умножения компонентов x одного вектора на компоненты x другого, при этом то же самое делается для компонентов y.

Например, если у вас есть вектора = 2i + 3jа такжеб = 4i + 5j, результирующее скалярное произведение двух векторов будет24 + 35 = 23. Знак минус в уравнении для потенциальной энергии указывает, что потенциал определяется как отрицательный для более высоких потенциальных энергий магнитной силы.

2.10. Магнитное поле постоянного магнита. Взаимодействие постоянных магнитов

Постоянные магниты – это тела, длительное время сохраняющие состояние намагниченности.

Области магнита, где обнаруживается самое сильное магнитное взаимодействие, называется полюсами магнита. У магнита два полюса: северный (N) и южный (S). Одноименные полюса магнита – отталкиваются, разноименные полюса магнита– притягиваются. Разделить полюса магнита нельзя, т.е. если разделить магнит пополам, то у каждой части вновь будет два полюса.

Основное свойство магнитов: притягивать тела из железа или его сплавов (например, стали). При этом само железо, помещенное в магнитное поле, намагничивается. В частности, железные опилки, помещенные в магнитное поле намагничиваются и ведут себя как маленькие магнитные стрелки. Это можно использовать для исследования магнитного поля. Железные опилки, помещенные в магнитное поле располагаются вдоль линий. Эти линии называются линиями магнитного поля.

Важно! Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса и входят в южный полюс, т.е. направлены «от севера к югу».

Существование магнитного поля у постоянных магнитов объясняется гипотезой, которую выдвинул Ампер: внутри молекул, из которых состоит магнит, циркулируют элементарные электрические токи. Если эти токи ориентированы определенным образом, то их действия складываются и тело проявляет магнитные свойства. Если эти токи расположены беспорядочно, то их действие взаимно компенсируется и тело не проявляет магнитных свойств.

Решение заданий Открытого банка заданий ФИПИ

1. На рисунке показано, как установилась магнитная стрелка между полюсами двух одинаковых магнитов. Укажите полюса магнитов, обращённые к стрелке.

1) 1 – северный полюс; 2 – южный
2) 1 – южный полюс; 2 – северный
3) и 1, и 2 – северные полюса
4) и 1, и 2 – южные полюса

Северный полюс магнитной стрелки притягивается к южному полюсу магнита (1 — южный полюс), а южный полюс магнитной стрелки притягивается к северному полюсу магнита (2 — северный полюс).

Ответ: 2

2. Какой(-ие) из перечисленных материалов не может(-гут) использоваться для изготовления корпуса компаса: алюминий, пластмасса, железо? Ответ поясните.

Ответ: железо.

Пояснение. Железо намагничивается в магнитном поле стрелки компаса, начинает взаимодействовать со стрелкой и тем самым искажает показания компаса.

3. На рисунках показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся возле полюсов двух магнитов. Укажите полюса магнитов, обращенные к стрелкам.

1) 1 – северный полюс; 2 – южный
2) 1 – южный полюс; 2 – северный
3) и 1, и 2 – северные полюса
4) и 1, и 2 – южные полюса

Северный полюс магнитной стрелки притягивается к южному полюсу магнита (2 — южный полюс), а южный полюс магнитной стрелки притягивается к северному полюсу магнита (1 — северный полюс).

Ответ: 1

4. На рисунке показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся рядом с магнитом. Укажите полюса стрелок, обращённые к магниту.

1) 1 – северный полюс; 2 – южный
2) 1 – южный полюс; 2 – северный
3) и 1, и 2 – северные полюса
4) и 1, и 2 – южные полюса

Северный полюс магнитной стрелки притягивается к южному полюсу магнита (2 — северный полюс), а южный полюс магнитной стрелки притягивается к северному полюсу магнита (1 — южный полюс).

Ответ: 2

5. Стальной полосовой магнит ломают пополам. Каким магнитным полюсам будут соответствовать концы А и В на месте излома магнита?

1) А – северному; В – южному
2) А – южному; В – северному
3) А и В – северному магнитному полюсу
4) А и В – южному магнитному полюсу

Если разломать магнит на две половинки, то получим два магнита. У каждого магнита будет два полюса — северный и южный. Значит конец А соответствует северному полюсу левого магнита, а конец В соответствует южному полюсу правого магнита.

Ответ: 1

6. Конец магнитной стрелки притянулся к одному из концов стального стержня. Можно ли сделать вывод о том, что изначально стержень был намагничен? Ответ поясните.

Ответ: вывод о намагниченности стержня сделать нельзя.

Пояснение. Магнитная стрелка притянется и к ненамагниченному стержню, если приблизить достаточно близко. Если приблизить магнит к подобному стержню, то почувствуете силу притяжения магнита к стальному стержню, был ли он изначально намагничен или нет.

7. Правильно ли с точки зрения физики утверждение о том, что северный полюс магнитной стрелки указывает на Северный географический полюс Земли? Ответ поясните.

Ответ: нет, не верно.

Пояснение. Северный полюс стрелки компаса указывает на ЮЖНЫЙ магнитный полюс, он расположен в нескольких сотнях километров от Северного географического полюса.

8. Изменится ли, и если изменится, то как намагниченность предварительно намагниченного стального стержня при его механическом встряхивании в отсутствие внешнего магнитного поля? Ответ поясните.

Ответ: намагниченность уменьшится.

Пояснение. Намагниченность возникает вследствие упорядочения микроскопических токов в веществе. При встряхивании упорядоченность нарушается.

9. Когда железный стержень приблизили к компасу, стрелка компаса отклонилась. Означает ли это, что стержень предварительно был намагничен? Ответ поясните.

Смотри задание №6

10. На горизонтальной поверхности вокруг постоянного полосового магнита расположены магнитные стрелки (см. рисунок). Для какой из стрелок (1 — 4) её расположение не соответствует взаимодействию с постоянным магнитом?

Северный полюс магнитной стрелки притягивается к южному полюсу магнита (стрелки 1 и 2), а южный полюс магнитной стрелки притягивается к северному полюсу магнита (стрелка 4).

Ответ: 3

11. На рисунках изображены постоянные магниты с указанием линий магнитной индукции полей, создаваемых ими, и магнитные стрелки. На каком из рисунков правильно изображено положение магнитной стрелки в магнитном поле постоянного магнита?

Стрелка должна располагаться вдоль линии магнитного поля. Стрелки 1 и 3 расположены неверно. Направление линии указывает северный полюс магнитной стрелки, т.е. стрелка 2 расположена верно.

Ответ: 2

12. Для каждого примера проявления различных физических явлений из первого столбца подберите соответствующее название физического явления из второго столбца.

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Б) притяжение железных опилок к стрелке компаса

А) притяжение волос к пластмассовой расческе в процессе расчесывания — электризация тела при трении;

Б) притяжение железных опилок к стрелке компаса — намагничивание вещества в магнитном поле постоянного магнита;

В) накопление электрического заряда на молниеотводе во время грозы — электризация тела через влияние.

Ответ: 132

13. Стальную иглу расположили между полюсами магнита. Через некоторое время игла намагнитилась.

Каким полюсам будут соответствовать точки 1 и 2?

1) 1 – северный полюс; 2 – южный
2) 1 – южный полюс; 2 – северный
3) и 1, и 2 – северные полюса
4) и 1, и 2 – южные полюса

В результате намагничивания стальной иглы ее магнитные полюса будут обратны полюсам магнита. То есть полюс 1 будет южным, а полюс 2 будет северным.

Ответ: 2

14. Какой набор приборов и материалов необходимо использовать, чтобы экспериментально показать наличие двух разных полюсов у магнита?

1) два полосовых магнита, подвешенных на нитях
2) магнитная стрелка и прямолинейный проводник, подключённый к источнику постоянного тока
3) проволочная катушка, подключённая к миллиамперметру, полосовой магнит
4) полосовой магнит, лист бумаги и железные опилки

Для того, чтобы показать наличие двух разных полюсов у магнита необходимо продемонстрировать взаимодействие двух магнитов. Для этих целей достаточно двух полосовых магнитов, подвешенных на нитях.

Ответ: 1

15. На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью магнитной стрелки и железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

1) 1 – северный полюс; 2 – южный
2) 1 – южный полюс; 2 – северный
3) и 1, и 2 – северные полюса
4) и 1, и 2 – южные полюса

По картине линий магнитного поля можно судить о том, что магниты отталкиваются. Значит они приближены друг к другу одноименными полюсами. Маленькая магнитная стрелка приближена к полюсу 1 магнита своим северным концом, значит полюс 1 — южный. Следовательно полюс 2 также южный.

Ответ: 4

16. Ученик получил фотографии, на которых изображены картины линий магнитного поля, полученные от немаркированных полосовых магнитов с помощью железных опилок.

Фотография 1.	Фотография 2.

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам анализа полученных фотографий. Укажите их номера.

1) Магниты 1 и 2 на фотографии 1 приближены друг к другу разноименными полюсами.
2) Взаимодействие магнитов с железными опилками наиболее сильное у полюсов магнитов.
3) Магниты 3 и 2 на фотографии 2 приближены друг к другу одноименными южными полюсами.
4) Магнитное действие магнитов зависит от материала, из которого изготовлен магнит.
5) Магнитное взаимодействие магнитов зависит от свойств среды.

Утверждение 1 — верно. На фотографии 1 магниты притягиваются.

Утверждение 2 — верно. Линии расположены гуще у полюсов, кроме того больше опилок скапливается у полюсов, это говорит о том, что вблизи полюсов наблюдается наиболее сильное действие поля на опилки.

Утверждение 3 — неверно. Магниты №3 и №2 приближены друг к другу одноименными полюсами, т.к. отталкиваются. Но на фотографии 1 магнит №2 притягивается к магниту №1. Маленькая магнитная стрелка приближена к полюсу магнита №1 своим северным концом, значит полюс магнита №1 — южный. Следовательно полюс магнита №2 — северный.

Утверждение 4 — неверно. Про материалы магнитов ничего не говорится.

Утверждение 5- неверно. Про среду в опытах ничего не говорится.

Ответ: 12

17. Из какого материала могут быть изготовлены мелкие предметы, чтобы они притянулись к магниту?

А. Эбонит
Б. Железо

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

Эбонит — неметалл, он не притягивается, в отличии от железа, к магниту.

Ответ: 2

18. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова из приведённого списка.

От двух полосовых магнитов, размещённых на поверхности деревянного стола, при помощи железных опилок получена картина линий магнитного поля (см. рисунок, вид сверху). В плоскости магнитов размещена также маленькая магнитная стрелка на подставке.

Картина магнитных линий соответствует (А)__________ полосовых магнитов. Следовательно, полюсы 1 и 2 магнитов являются (Б)__________. Так как магнитная стрелка своим (В)__________ полюсом притянулась к полюсу 2, то он является (Г)__________ полюсом указанного магнита.

1) притяжение
2) отталкивание
3) отрицательный
4) положительный
5) одноимённый
6) разноимённые
7) северный
8) южный

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Комментарий. Характер картины линий магнитного поля свидетельствует о том, что магниты отталкиваются. Значит они расположены одноименными полюсами друг к другу. Северный полюс магнитной стрелки притягивается к южному полюсу магнита и, наоборот, южный полюс магнитной стрелки притягивается к северному полюсу магнита.

Решение. От двух полосовых магнитов, размещённых на поверхности деревянного стола, при помощи железных опилок получена картина линий магнитного поля (см. рисунок, вид сверху). В плоскости магнитов размещена также маленькая магнитная стрелка на подставке. Картина магнитных линий соответствует (А-2) отталкиванию полосовых магнитов. Следовательно, полюсы 1 и 2 магнитов являются (Б-5) одноименными. Так как магнитная стрелка своим (В-8) южным полюсом притянулась к полюсу 2, то он является (Г-7) северным полюсом указанного магнита.

Ответ: 2587

19. Вектор магнитной индукции магнитного поля полосового магнита направлен вправо в точках

1) 1 и 4
2) 2 и 3
3) 1 и 3
4) 2 и 4

Линии магнитного поля постоянного магнита направлены от северного полюса к южному, т.е. в точках 1 и 4 линии будут направлены влево, а в точка 2 и 3 — вправо. В точках 2 и 3 векторы магнитной индукции будут направлены по касательно к линиям магнитного поля и направлены также вправо.

Ответ: 2

20. Стальную пластину расположили между полюсами магнита. Через некоторое время пластина намагнитилась. Какие точки соответствуют полюсам намагниченной пластины?

1) 1 – северному полюсу, 3 – южному
2) 3 – северному полюсу, 1 – южному
3) 2 – северному полюсу, 4 – южному
4) 4 – северному полюсу, 2 – южному

В результате намагничивания стальной пластины ее магнитные полюса будут обратны полюсам магнита и располагаться на сторонах платины, обращенных к полюсам магнитов. То есть точка 4 будет южным полюсом, а точка 2 будет северным полюсом намагниченной пластины.

Возможно ли создать «вечный двигатель» на неодимовых магнитах?

18 января 2022

Кто из нас не мечтал о том, чтобы построить вечный двигатель на постоянных магнитах? Казалось бы, если магниты отталкиваются друг от друга одноименными полюсами, то, наверное, можно найти такую конфигурацию магнитов, когда отталкивание станет действовать непрерывно, и сможет, например, вращать ротор «вечного двигателя».

Perpetuum Mobile — это машина, которая выполняет работу без внешнего источника энергии и при этом никогда не останавливается. Единственная поданная энергия — это начальный импульс, который приводит в действие машину. С теоретической точки зрения вечный двигатель также получается, когда КПД машины превышает 100%.

Однако, стоило нам попробовать реализовать эту идею практически, как тут же выяснялось, что в реальности ротор все равно находит такое положение, в котором останавливается. Словно ротор и вращался лишь для того, чтобы в конце концов найти эту точку и остановиться в ней. То есть неизбежно наступало устойчивое равновесие ротора.

Стремление термодинамических систем к равновесию

И это вовсе не удивительно, ведь ученым давно известно, что термодинамические системы стремятся к равновесию, и в конце концов пребывают в устойчивом равновесии (статическом или динамическом).

Из механики мы знаем, что тело покоится либо движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют никакие внешние силы, либо если действие этих внешних сил на тело скомпенсировано, то есть суммарная сила равна нулю (результирующее внешнее воздействие отсутствует).

Как вы понимаете, принцип стремления термодинамических систем к равновесию относится и к чисто механическим системам. Так, если система изначально пребывает в устойчивом равновесии (и конструкция с постоянными неодимовыми магнитами не является исключением), то при воздействии на такую конструкцию внешнего фактора, выводящего систему из равновесия, неизбежно возникнет реакция со стороны данной системы.

Это значит, что в системе начнут усиливаться процессы, стремящиеся уменьшить влияние внешнего фактора, который систему из равновесия вывел (Принцип Ле Шателье — Брауна).

Модель магнитного генератора:

Чтобы вызвать стремление к равновесию, необходимо создать условия не равновесия

Известный пример из электродинамики — правило Ленца. Если бы правило Ленца не работало, то электродвигатели не могли бы функционировать.

В электродвигателе электрический ток создает магнитное поле, которое заставляет ротор непрерывно искать равновесие, и чтобы ротор не останавливался, магнитное поле все время действует таким образом, что вынуждает ротор (даже под механической нагрузкой) постоянно догонять точку, в которой должно будет наступить равновесие.

Но при этом электрическим полем, действующим в проводниках, совершается работа, то есть расходуется энергия источника, ведь в двигателе есть как минимум трение вала о подшипники, на преодоление которого, даже если ротор не нагружен и двигатель работает вхолостую, требуется работа, то есть расход энергии.

Если бы трения (даже о воздух) не было, и вал не был бы нагружен, то ротор бы вращался очень долго, например в полном вакууме в отсутствие силы притяжения к Земле. Но тогда никакая работа этим ротором бы уже не совершалась, и это был бы уже не двигатель, а вращающийся без сопротивления кусок металла.

Вернемся теперь к постоянным магнитам. Для системы с постоянными магнитами предсказать направление протекания процесса уравновешивающей реакции несложно.

Так, еще в 90-е годы японский экспериментатор Кохеи Минато исследовал возможность создания непрерывного вращения используя постоянные магниты на роторе и статоре своего мотора. В конце концов он был вынужден также создавать изменяющееся магнитное поле, которое заставляло бы ротор искать равновесие.

Минато демонстрировал, как приближая или отдаляя постоянный магнит, можно вынудить ротор с постоянными магнитами вращаться. Но в итоге он просто дошел в экспериментах до двигателя с постоянными магнитами на роторе.

Никакого вечного двигателя не получилось. На изменение внешнего магнитного поля, от которого бы отталкивался ротор с магнитами, требуется энергия извне. То есть, для создания условий, в которых ротор с магнитами будет искать равновесие, необходимо параллельно совершать работу.

Еще одна модель магнитного генератора:

Динамическое равновесие при низкотемпературной сверхпроводимости как частный случай

Многие знают, что свинцовая катушка с током, помещенная в жидкий гелий, способна поддерживать ток (и магнитное поле тока) на протяжении многих лет, поскольку сопротивление проводника исчезает.

Почему сопротивление исчезает? Потому что колебания атомов в металле, обуславливающие электрическое сопротивление металла, прекращаются при критической температуре. Две такие катушки будут вести себя по отношению друг к другу как постоянные магниты. Но опять же, они найдут устойчивое равновесие и остановятся.

Движения под действием силы не будет, то есть двигателя совершающего работу не получится. Движущиеся в сверхпроводнике электроны также работы не совершают, хотя и пребывают в устойчивом динамическом равновесии.

Чтобы двигатель совершал работу — он обязан расходовать энергию, но откуда ей взяться?

Допустим, что двигатель на постоянных магнитах реально возможен. Тогда для совершения механической работы, то есть на перемещение какого-нибудь объекта под действием силы со стороны вала такого двигателя (даже на преодоление силы трения при вращении ротора вхолостую), необходимо преобразование некой энергии внутри двигателя.

А что это за энергия, если не энергия постоянных магнитов или не энергия подводимая извне? Раз по условию задачи энергия извне не подводится, значит остается энергия постоянных магнитов.

Однако, будучи просто расположены на роторе и статоре, магниты энергию не отдадут. Чтобы заставить магнит размагничиваться, необходимо совершить работу, то есть опять же подвести к устройству энергию извне. Делайте выводы.