Магнітне взаємодія об'єктів – одне з фундаментальних процесів, які керують усім у Всесвіті. Видимі його прояву – це магнітні явища. Серед них можна назвати північне сяйво, тяжіння магнітів, магнітні бурі і т. д. Як вони виникають? Чим характеризуються?

Магнетизм

Магнітні явища і властивості в сукупності називають магнетизмом. Про їх існування було відомо дуже давно. Передбачається, що вже чотири тисячі років тому китайці використовували ці знання для створення компаса і навігації в морських походах. Проводити досліди і серйозно вивчати фізична магнітне явище почали тільки в XIX столітті. Одним з перших дослідників в цій області вважається Ханс Ерстед.


Магнітні явища можуть відбуватися як у Космосі, так і на Землі, і проявляються тільки в межах магнітних полів. Такі поля виникають від електричних зарядів. Коли заряди нерухомі, навколо них утворюється електричне поле. Коли вони рухаються - магнітне поле. Тобто явище магнітного поля виникає з появою електричного струму або змінного електричного поля. Це область простору, в межах якої діє сила, що впливає на магніти та магнітні провідники. Вона має свій напрямок і зменшується по мірі віддалення від свого джерела – провідника.

Магніти

Тіло, навколо якого утворюється магнітне поле, називається магнітом. Найменшим з них є електрон. Тяжіння магнітів – найвідоміше фізична магнітне явище: якщо прикласти два магніту один до одного, то вони або притянуться, або відштовхнутися. Вся справа в їх положенні відносно один одного. Кожний магніт має два полюси: північний і південний.


Однойменні полюси відштовхуються, а різнойменні, навпаки, притягаються. Якщо розрізати його навпіл, то північний і південний полюси не розділяться. В результаті, ми отримаємо два магніти, на кожному з яких буде по два полюси. Існує ряд матеріалів, які володіють магнітними властивостями. До них відносяться залізо, кобальт, нікель, сталь і т. д. Серед них є і рідини, сплави, хімічні сполуки. Якщо магнетики потримати біля магніту, то вони і самі стануть. Такі речовини, як чисте залізо, легко набувають подібне властивість, але і швидко з ним прощаються. Інші (наприклад, сталь) намагнічуються довше, але утримують ефект тривалий час.

Намагнічування

Вище ми встановили, що магнітне поле виникає при русі заряджених частинок. Але про який рух може йти мова, наприклад, в шматку заліза, висить на холодильнику? Всі речовини складаються з атомів, в яких і знаходяться рухомі частинки. Кожен атом має своїм магнітним полем. Але, в одних матеріалах ці поля направлені хаотично в різні сторони. З-за цього, навколо них не створюється одного великого поля. Такі речовини не здатні намагнічуватися. В інших матеріалах (залозі, кобальті, нікелю, сталі) атоми здатні вибудовуватися так, що всі вони будуть спрямовані однаково. В результаті, навколо них формується загальне магнітне поле і тіло намагнитится. Виходить, намагнічування тіла - це впорядкування полів його атомів. Щоб порушити цей порядок досить сильно вдарити по ньому, наприклад, молотком. Поля атомів почнуть хаотичний рух і втратять магнітні властивості. Теж станеться, якщо матеріал нагріти.

Магнітна індукція

Магнітні явища пов'язані з рухомими зарядами. Так, навколо провідника з електричним струмом неодмінно виникає магнітне поле. Але може бути навпаки? Цим питанням якось задався англійський фізик Майкл Фарадей відкрив явище магнітної індукції. Він уклав, що постійне поле не може викликати електричний струм, а змінну – може. Струм виникає в замкненому контурі магнітного поля і називається індукційним. Електрорушійна сила при цьому буде змінюватися пропорційно зміні швидкості поля, яке пронизує контур. Відкриття Фарадея було справжнім проривом і принесло чималу користь виробникам електротехніки. Завдяки йому стало можливим отримувати струм з механічної енергії. Закон, виведений вченим, застосовувався і застосовується в пристрої електродвигунів, генераторів, трансформаторів і т. д.

Магнітне поле Землі

У Юпітера, Нептуна, Сатурна і Урана є магнітне поле. Наша планета – не виняток. В звичайному житті ми практично не помічаємо його. Воно не відчутно, не має смаку або запаху. Зате саме з ним пов'язані магнітні явища в природі. Такі, як полярне сяйво, магнітні бурі або магниторецепция у тварин. По суті, Земля є величезним, але не дуже сильним магнітом, який має два полюси, що не збігаються з географічними. Магнітні лінії виходять з Південного полюса планети і входять у Північний. Це означає, що насправді Південний полюс Землі північним полюсом магніту (тому на Заході синім кольором позначається південний полюс – S, а червоним позначають північний полюс – N). Магнітне поле поширюється на сотні кілометрів від поверхні планети. Воно служить невидимим куполом, який відображає потужне галактичне і сонячне випромінювання. Під час зіткнення частинок радіації з оболонкою Землі і утворюються багато магнітні явища. Давайте розглянемо найбільш відомі з них.

Магнітні бурі

На нашу планету сильний вплив робить Сонце. Воно не тільки дає нам світло і тепло, але і провокує такі неприємні магнітні явища, як бурі. Їх поява пов'язана з підвищенням сонячної активності і процесами, які відбуваються всередині цієї зірки. Земля постійно відчуває вплив потоку іонізованих частинок з Сонця. Вони рухаються зі швидкістю 300-1200 мм. км/с і характеризуються як сонячний вітер. Але час від часу на зірці відбуваються раптові викиди величезної кількості цих частинок. Вони діють на земну оболонку як поштовхи і змушують магнітне поле коливатися. Тривають такі бурі зазвичай до трьох діб. У цей час деякі жителі нашої планети відчувають нездужання. Коливання оболонки відображаються на нас головними болями, підвищенням тиску і слабкістю. За все життя людина переживає в середньому 2000 бур.

Північне сяйво

Є і більш приємні магнітні явища в природі – північне сяйво або ж аврора. Воно проявляється у вигляді світіння неба з швидко змінними кольорами, і відбувається переважно у високих широтах (67-70°). При сильної активності Сонця сяйво спостерігається і нижче. Приблизно в 64 кілометрах над полюсами заряджені сонячні частинки зустрічаються з далекими кордонами магнітного поля. Тут деякі з них направляються до магнітних полюсів Землі, де взаємодіють з газами атмосфери, від чого і з'являється сяйво. Спектр світіння залежить від складу повітря і його розрідженості. Червоне свічення відбувається на висоті від 150 до 400 кілометрів. Сині та зелені відтінки пов'язані з великим вмістом кисню та азоту. Вони відбуваються на висоті 100 кілометрів.

Магниторецепция

Основна наука, що вивчає магнітні явища, – фізика. Однак деякі з них може зачіпати і біологія. Наприклад, магниточувствительность живих організмів – здатність розпізнавати магнітне поле Землі. Цим унікальним даром володіють багато які тварини, особливо мігруючі види. Здібності до магніторецепціі виявлена у летючих мишей, голубів, черепах, кішок, оленів, у деяких бактерій і т. д. Вона допомагає тваринам орієнтуватися в просторі і знаходити своє житло, віддаляючись від нього на десятки кілометрів. Якщо людина для орієнтації використовує компас, то тварини користуються цілком природними інструментами. Точно визначити, як і чому працює магниторецепция, вчені поки не можуть. Але відомо, що голуби здатні знаходити свій будинок навіть, якщо їх забрати від нього на сотні кілометрів, закривши при цьому птицю в абсолютно темному ящику. Черепахи знаходять місце свого народження навіть через роки. Завдяки своїм «суперздатність» тварини передчувають виверження вулканів, землетрусу, бурі та інші катаклізми. Вони тонко відчувають коливання в магнітному полі, що підвищує здатність до самозбереження.