§ 13. Магнітні властивості речовин. Гіпотеза Ампера

Зміст

Вправа № 13

1. З якої речовини може бути виготовлений шуруп, зображений на рис. 1?

Шуруп виготовлений із феромагнітного матеріалу (найімовірніше, зі сталі), оскільки він міцно притягується до постійного магніту.

2. Як поводитимуться залізний цвях, алюмінієва ложка та графітовий стрижень від олівця під час піднесення до них магніту?

• Залізний цвях (феромагнетик) — сильно притягнеться до магніту.
• Алюмінієва ложка (парамагнетик) — надзвичайно слабко притягуватиметься (у звичайних умовах взаємодія майже непомітна).
• Графітовий стрижень (діамагнетик) — дуже слабко виштовхуватиметься з магнітного поля.

3. Є два види сталі — магнітом’яка та магнітожорстка. Яка сталь є більш придатною для виготовлення постійних магнітів?

Для виготовлення постійних магнітів використовують магнітожорстку сталь, тому що вона має високу залишкову намагніченість і довго зберігає магнітні властивості після вимкнення зовнішнього поля.

4. Які магнітні властивості матиме: а) залізо за $900\text{ }^\circ\text{C}$? б) кобальт за $900\text{ }^\circ\text{C}$?

• а) Залізо за $900\text{ }^\circ\text{C}$: втратить феромагнітні властивості та перетвориться на парамагнетик, оскільки ця температура перевищує точку Кюрі для заліза ($T_C \approx 770\text{ }^\circ\text{C}$).
• б) Кобальт за $900\text{ }^\circ\text{C}$: збереже феромагнітні властивості, оскільки його точка Кюрі значно вища ($T_C \approx 1115\text{ }^\circ\text{C}$).

5. Виберіть ті фото, на яких проілюстровано практичне використання магнітних властивостей феромагнетиків. Поясніть свій вибір.

Використання властивостей феромагнетиків проілюстровано на фото Б (утримання сталевих ножів на магнітній планці) та фото Г (фіксація магнітних фішок на дошці). В обох випадках реалізовано сильне магнітне притягання феромагнітних матеріалів до постійного магніту.

6. Мідний циліндр підвісили на пружині та помістили в сильне магнітне поле (рис. 2). Як при цьому змінилося видовження пружини?

Мідь належить до діамагнетиків, отже, вона виштовхується з магнітного поля в бік його послаблення (угору). Сила магнітного виштовхування діє проти сили тяжіння, тому видовження пружини незначно зменшиться.

7. Чому на постійному магніті можна тримати ланцюжок залізних предметів (рис. 3)?

Під дією зовнішнього поля кожен залізний предмет намагнічується і сам стає магнітом. На його протилежних кінцях утворюються магнітні полюси, які притягують наступне залізне тіло, формуючи зв’язаний ланцюжок.

8. У посудині під великим тиском міститься суміш газів (азоту й кисню). Запропонуйте спосіб розділення цієї суміші на окремі компоненти.

Суміш слід пропустити крізь камеру з потужним неоднорідним магнітним полем. Кисень (парамагнетик) втягуватиметься в зону з максимальною індукцією поля, а азот (діамагнетик) виштовхуватиметься з неї. Це забезпечить просторове розділення потоків газів.

9. Скориставшись додатковими джерелами інформації, дізнайтеся про магнітну левітацію та перспективи її використання.

Магнітна левітація базується на відштовхуванні однойменних магнітних полюсів або використанні надпровідників (ефект Мейснера) для подолання сили гравітації без механічного тертя.

Перспективи застосування:

• Швидкісний залізничний транспорт (поїзди на магнітній подушці — «Маглев»);
• Високооборотні турбіни, лічильники та верстати з безконтактними магнітними підшипниками;
• Транспортні капсули у вакуумних магістралях (Hyperloop).

Експериментальне завдання

Використавши магніт, скріпки та плоский сталевий предмет, з’ясуйте, що відбуватиметься у випадку, якщо між магнітом і скріпками розмістити цей сталевий предмет.

Плоска сталева пластина спрацює як магнітний екран. Оскільки сталь є феромагнетиком з високою проникністю, магнітні лінії замикатимуться всередині неї. Поле у просторі за пластиною практично зникне, тому магнітна взаємодія зі скріпками припиниться і вони відпадуть.