Скільки непояснених явищ і нерозгаданих таємниць приховує наша планета! Але спостережливі мешканці Землі з століття в століття вивчають закономірності, ставлять досліди, винаходять, роблять висновки і користуються своїми винаходами. Таємниці космосу і природи постійно ваблять людей, штовхаючи їх на нові експерименти в пошуках істини і розгадок. Однією з таких загадок є поведінка речовини в магнітному полі.

Перші магнітні спостереження

За існуючою легендою, давній пастух на ім'я Магнус одного разу виявив, що його посох пристав металевої стороною до каменя. Йому (каменю) і присвячено це відкриття. Згідно ще однієї теорії, слово «магніт» з грецької мови перекладається як «камінь з магнесії», по імені міста Магнесії, де були виявлені родовища магніту. Ще за кілька століть до нашої ери китайці помітили, що деякі камені, скріплені таким чином, щоб вони могли вільно обертатися, незмінно повертаються в певному напрямку.

Як з'явився компас

Найперші компаси представляли собою ложечки з магнетиту з коротким стрижнем, який можна було обертати по колу. Через деякий час після того, як ложечку повертали, вона зупинялася, причому її стрижень завжди вказував на північ. Але ці сили настільки невеликі, що вони можуть обертати тільки вільно закріплені стрілки компаса. Пізніше моряки вставляли магнітні голки в соломинки і ставили миску з водою. Соломинка завжди вказувала напрямок північ - південь. Причина цього, тоді ще невивченого явища, - якесь поле навколо Землі, що володіє здатністю впливати на речовини, що знаходяться в ньому і визначають їх спрямованість.

Магнітна сфера навколо Землі

Наша Земля оперезана сферою, в якій працюють магнітні сили, її назва - магнітне поле. Хоча версія про виникнення його не підтверджена, але в основному геофізики згодні з твердженням, що магнітне поле існує завдяки залізній складу ядра нашої планети. Обертання Землі сприяє формуванню в розплавленому металевому ядрі безперервних потоків електричних зарядів, які ведуть до виникнення навколо них магнітного поля.Земля, таким чином, виступає величезним магнітом, на який реагують стрілки компасів.

Властивості та природа магнітів

Магніти, подібні тим, якими люблять прикрашати холодильники або утримувати записки на кухні, мають досить цікавими властивостями. Поведінка речовин в магнітних полях залежить від матеріалів, з яких складаються ці речовини. Всім відомо, що магніти прилипають до залізних або сталевих предметів. А чому так відбувається? У кожному магніті є два полюси. Якщо провести експеримент і тримати пару магнітів близько один навпроти одного, то виявиться, що північний полюс одного притягує протилежну - південний полюс іншого. Однак якщо розгорнути магніти однаковими полюсами, вони завжди будуть відштовхувати один одного. Електрони, які звершують оберти навколо ядра атома, мають негативний електричний заряд. Потік заряджених частинок породжує магнітне поле, яке вигинається великою петлею навколо них.
Наприклад, коли горить лампочка, електричний струм рухається по її проведення, а електрони переходять з одного атома на інший, і навколо проводка виникає слабке магнітне поле. Подібним чином виникає сильне магнітне полі, що йде від проводів високої напруги. Електрика і магнетизм виступають як дві складових електромагнетизму. Кожен електрон, вертящийся навколо власної осі, як планета, яка обертається, на своїй орбіті будує маленьку петлю електричного струму і створює своє магнітне поле в речовині. Речовини в магнітному полі ведуть себе по-різному.

Як відбувається взаємодія магнітного поля з речовиною

Наприклад, при дії магнітного поля на пластик відбувається наступне: мініатюрні магнітні поля кожного з атомів нейтралізують один одного, тому що їх полюса спрямовані в різні сторони. Але ось в залозі атоми розміщені таким чином, що матеріал здатний намагнічуватися. Атоми в них зібрані в групи і називаються магнітними доменами. Кожен такий крихітний домен складається з мільярдів частинок з усіма їх магнітними полями, які спрямовані в одну сторону, і він сам стає крихітним магнітом. У залізному шматку самі домени направлені в різні боки, тому вони нейтралізують один одного, і самостійно залізо не проявляє магнітних властивостей. Для створення магніту всі домени повинні бути розташовані в одному напрямку, тоді шматок заліза намагнитился б і притягував до себе всі металеві предмети, що знаходяться поблизу. Як змусити залізо розташувати домени в одному гаразд? Досить просто: для цього слід помістити залізний шматок в магнітне поле. Шикуючись один за одним, домени розгортаються у напрямку поля. При цьому вони почнуть притягувати атоми від інших доменів, збільшуючись в розмірах. Незабаром безліч таких елементів створять лінію, і залізний шматок сам стане магнітом і притягуватиме до себе кожну шпильку, цвях або інші металеві предмети, що знаходяться поблизу. Так з'являється намагніченість: магнітне поле в речовині значно збільшується. Але, як кажуть, краще один раз побачити, ніж сто разів почути. Не виняток і розглянуте нами явище. Як переконатися в сказаному?
Магнітне поле і намагніченість речовин можна розглянути на прикладі в домашніх умовах. Досить провести простий досвід. Взяти маленький залізний цвях і покласти його на магніт з холодильника. Його домени швидко вишикуються, і на деякий час сам цвях перетвориться на магніт, за допомогою якого легко можна буде підняти шпильку.

Визначення магнітного поля

Для дослідження магнітного поля в речовині вивчають два види струмів – макротоки і мікроструми. Макротоками є ті, що створені рухом заряджених макроскопічних тел. Мікрострумами іменують струми, створені рухомими електронами в атомах, молекулах і іонах. Магнітне поле в речовині створюють два поля: зовнішнє, створене макротоками, і внутрішній - утворений мікрострумом.

Саме магнітне речовина

Цікавим фактом є те, що в природі існує справжній магніт – мінерал магнітний залізняк. Але основна частина тіл, що володіють власним магнітним полем, все ж створена людиною штучно. Найсильнішими з них є ті, що являють собою сплав неодиму, заліза і бору. А яка речовина є самим магнітним на сьогоднішній день? Вчені змогли дати відповідь на це питання. Група фізиків з штату Міннесота створила новий матеріал, що складається з 16 атомів заліза і 2 атомів азоту, який характеризується магнітною проникністю на 18 % вище, ніж у самого сильного - неодимового - магніту.

Які існують магнетики

Магнітне поле в речовині, коротко кажучи, залежить від магнетиків. Приміщення будь-якого з них в магнітне поле формує своє магнітне поле в речовині. Види магнетиків розрізняють наступні: диамагнетики, парамагнетики і феромагнетики. Найпотужніші поля створюють феромагнетики, адже вони мають високі магнітні властивості. До таких речовин відносяться залізо, нікель, кобальт, рідкоземельні метали і їх сплави, а також сплави хрому та марганцю. З них роблять постійні магніти, адже поле феромагнетика не пропадає після припинення дії магнітного поля. Парамагнетики володіють магнітною проникністю, яка трохи вище одиниці при кімнатній температурі. Такі речовини в магнітному полі погано намагнічуються, але по мірі зниження температури магнітні властивості їх збільшуються. До парамагнетиків належать, наприклад, кисень, платина, алюміній, рідкоземельні метали. Диамагнетики – ще один вид речовин, магнітна проникність яких трохи менше одиниці, їх магнітні властивості ще слабкіше. До таких зараховують багато метали, такі як вісмут, срібло, золото, мідь, а також воду і органічні сполуки. Цікавий факт, що при нагріванні до певної температури (точка Кюрі) феромагнітні властивості зникають, і метали розмагнічуються і стають парамагнитними.

Використання магнітного поля

Люди навчилися використовувати собі на благо згадані властивості речовини в магнітному полі: феромагнетики незамінні при виробництві електро - та обчислювальної техніки. Їх можна виявити в трансформаторах, електродвигунах і різних вимірювальних приладах, вони дозволяють у кілька разів збільшити магнітне поле, не змінюючи сили струму в котушці. Задіяння таких матеріалів дозволяє значно зменшити споживання електроенергії. Їх застосовують для магнітної звукозапису і дефектоскопії, збагачення руд. В наш час медицина використовує магніти для діагностики і лікування різних захворювань. В основному робота діагностичного обладнання базується на дії постійних магнітів. Наприклад, очної тонометр-індикатор необхідний для виявлення глаукоми на початковій стадії. Використовуються в хірургії та хірургії магнітні пристрої для видалення з організму людини металевих осколків. Принцип дії їх заснований на властивості магнітів без підключення до мережі. Широке лікувальну дію надають різні магнітні пов'язки і аплікатори. Вони знімають больовий синдром і зупиняють процес запалення, а також лікують багато хвороб методом впливу магнітного поля на активні зони людського організму. Відомо, що ще цариця Клеопатра використовувала магнітні прикраси, щоб поліпшити кровообіг і відстрочити старіння.

Значення магнітного поля планети

Магнітне поле відіграє величезну роль у житті планети. В першу чергу воно служить захистом для мешканців Землі і супутників від небезпечного впливу космічних тел. Під впливом магнітного поля змінюється їх траєкторія. Дослідники припускають, що деякі планети не мають металевого ядра, а отже, і магнітного поля, що значно зменшує чисельність можливо жилих планет. Земляни теж ризикують залишитися без захисту поля. Але повідомити, коли це станеться, геофізики не беруться. Дослідження виявили, що за 160 мільйонів років магнітні полюси - північ і південь - змінювалися між собою близько сотні раз. Останнє таке явище мало місце 720 тисяч років тому, і Земля піддавалася атаці космічних частинок. Одна з теорій, що пояснюють вимирання динозаврів, свідчить, що ці велетні зникли саме з цієї причини.

Магнітне поле стає тонше

Геофізики, проаналізувавши властивості магнітного поля, відкрили, що в ньому виникають небезпечні зрушення, які не фіксувалися раніше. На півдні Атлантичного океану шар магнітного поля поступово стоншується. За останні 150 років полі тут стало слабшим на десять відсотків. Вчені стверджують, що зміна полюсів буде відбуватися досить швидко, в межах 100 років від початку інверсії. Яке покоління буде спостерігати це явище і як воно позначиться на мешканцях Землі, поки невідомо, але є твердження, що така зміна полюсів згубно позначиться на електротехніки.

Магнітні бурі та їхній вплив на людей

Іноді в магнітному полі Землі відбуваються обурення – це магнітні бурі, що безпосередньо залежать від Сонця. В період підвищення сонячної активності спостерігається величезний викид енергії, що сприяє утворенню сонячних спалахів. При цьому гігантський потік заряджених частинок спрямовується до Землі з високою швидкістю – 500-1000 кілометрів у секунду, створюючи сильне магнітне поле. Цей потік досягає планети всього за кілька днів. Стикаються два потужних магнітних полів, і в результаті порушується магнітне поле Землі. Людина звикла до нормального магнітного поля, і при магнітних бурях його самопочуття змінюється. Люди володіють різною магниточувствительностью, вплив на людину магнітної бурі безпосередньо залежить від його стану здоров'я. Погіршується самопочуття, знижується життєвий тонус, знижується працездатність, виникає слабкість, болить голова, порушується сон, погіршується робота нервової системи (збільшується число помилок, зростає кількість аварій і катастроф). У зв'язку з виникненням поверхневого електрики на приладах у такі дні можливе порушення їх роботи.

Реакція тварин на магнітне поле

Доведено, що птахи дуже добре відчувають магнітне поле Землі і навіть бачать його. Вчені вважають, що пернаті - унікальні істоти в цьому роді: магнітна сила допомагає їм у пошуку власного житла при перельотах на колосальні дистанції. Магнітне поле в якості навігатора використовують морські черепахи. Тварини з високою магниточувствительностью, наприклад кішки, заздалегідь реагують на зміни напруги магнітного поля. Незвичну поведінку тварин спостерігається перед ураганами і землетрусами. Для визначення наближення цунамі або землетрусу в Японії у великих акваріумах містять вугрів, які перед катаклізмами піднімаються до поверхні і турбуються, відчуваючи сильні збурення магнітного поля.

Замість післямови

Вплив магнітного поля на мешканців нашої планети поки не вивчений повністю, вчені всього світу лише привідкрили завісу таємниці планети Земля і намагаються знайти відповіді на особливо важливі питання. Але прогрес не стоїть на місці, і наука стрімко розвивається в наші дні, так що хто знає, можливо, вже наступне покоління буде знати відповідь на більшість питань, над якими билися кращі уми людства.