Ответьте на вопросы, страница 181 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему в природе нет магнитных зарядов?

2. Почему при делении магнита на части у каждого из них вновь появляются два полюса?

3. Почему магнитные поля постоянных магнитов со временем становится слабее?

1. Почему в природе нет магнитных зарядов?
Магнитное поле, в отличие от электрического, создается не статическими зарядами, а движущимися электрическими зарядами (токами). На микроскопическом уровне источниками магнетизма в веществе являются орбитальное движение электронов вокруг атомных ядер и их собственный момент импульса — спин. И то, и другое можно представить как элементарные круговые токи. Такой круговой ток создает не отдельный магнитный полюс, а магнитный диполь — систему из двух полюсов (северного и южного), которые неразделимы. Фундаментальный закон природы, выраженный одним из уравнений Максвелла (закон Гаусса для магнетизма), гласит, что дивергенция магнитного поля равна нулю: $\nabla \cdot \vec{B} = 0$. Это математически означает, что у магнитного поля нет источников и стоков, то есть его силовые линии всегда замкнуты и не могут начинаться или заканчиваться на какой-либо точке. Такая точка и была бы гипотетическим магнитным зарядом (монополем). Несмотря на то, что существование магнитных монополей предсказывается некоторыми современными физическими теориями, экспериментально они до сих пор не были обнаружены.

Ответ: В природе не существует магнитных зарядов (монополей), потому что элементарными источниками магнетизма являются движущиеся электрические заряды (микротоки), которые всегда создают магнитный диполь (пару полюсов), а не изолированный полюс. Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты.

2. Почему при делении магнита на части у каждого из них вновь появляются два полюса?
Это явление является прямым следствием отсутствия магнитных монополей. Любой постоянный магнит состоит из огромного числа микроскопических областей (магнитных доменов), в каждой из которых атомы-магнитики (магнитные диполи) ориентированы в одном направлении. Когда мы разламываем или разрезаем магнит, мы просто разделяем эти группы упорядоченных атомов. На поверхности разлома с одной стороны обнажаются, к примеру, "северные" полюса атомарных диполей, образуя новый южный полюс этого куска, а с другой стороны разлома — "южные" полюса, которые образуют новый северный полюс другого куска. Таким образом, невозможно "отрезать" северный полюс от южного. Каждый полученный фрагмент, независимо от его размера, будет по-прежнему состоять из целых магнитных диполей и, следовательно, сам будет являться полноценным магнитом с двумя полюсами.

Ответ: При делении магнита каждая его часть становится новым магнитом с двумя полюсами, потому что магнит состоит из атомарных магнитных диполей, которые невозможно разделить на отдельные полюса. На месте разлома образуются новые полюса.

3. Почему магнитные поля постоянных магнитов со временем становится слабее?
Сила постоянного магнита обусловлена упорядоченным расположением его магнитных доменов. Такое упорядоченное состояние является энергетически менее выгодным, чем хаотичное, и любая система стремится перейти в состояние с наименьшей энергией. Разупорядочиванию доменов и, как следствие, ослаблению магнита способствуют несколько факторов. Во-первых, тепловое движение атомов: из-за постоянных колебаний атомов некоторые магнитные моменты могут случайным образом изменить свою ориентацию, что приводит к постепенному нарушению общего порядка. Нагревание магнита значительно ускоряет этот процесс. Во-вторых, механические воздействия, такие как удары или сильная вибрация, сообщают системе дополнительную энергию, которая помогает доменам преодолеть энергетические барьеры и перейти в хаотичное состояние. В-третьих, внешние магнитные поля, особенно переменные или направленные противоположно собственному полю магнита, могут перемагнитить и дезориентировать домены. Наконец, существует и эффект саморазмагничивания: собственное поле магнита внутри него направлено противоположно намагниченности и со временем может привести к "переворачиванию" наименее стабильных доменов. Совокупность этих факторов приводит к постепенной деградации магнитных свойств.

Ответ: Магнитные поля постоянных магнитов со временем ослабевают из-за постепенного разупорядочивания магнитных доменов под влиянием теплового движения, механических воздействий (ударов), внешних магнитных полей и собственного размагничивающего поля самого магнита.