Номер 7.15, страница 37 - гдз по физике 8 класс задачник Артеменков, Ломаченков

VII. Магнитное поле - номер 7.15, страница 37.

Условие.

7.15 Объясните на основе существующих представлений о природе магнетизма процесс намагничивания железного стержня.

Решение.

Решение

Согласно современным представлениям, основанным на гипотезе Ампера, магнетизм любого вещества объясняется существованием внутри него микроскопических электрических токов (молекулярных токов). В атомах эти токи создаются движением электронов вокруг ядра (орбитальный магнитный момент) и собственным вращением электронов (спиновый магнитный момент). Таким образом, каждый атом можно рассматривать как крошечный магнит, или микромагнит, обладающий собственным магнитным моментом.

Железо относится к классу веществ, называемых ферромагнетиками. Особенность ферромагнетиков заключается в том, что в них существуют сильные квантовомеханические силы (обменное взаимодействие), которые заставляют магнитные моменты соседних атомов самопроизвольно выстраиваться параллельно друг другу. В результате образуются макроскопические области спонтанной намагниченности, называемые магнитными доменами. Внутри каждого домена все атомные магнитики сориентированы в одном направлении, и домен представляет собой маленький, но очень сильный постоянный магнит.

В обычном, ненамагниченном состоянии, железный стержень состоит из множества таких доменов. Однако магнитные моменты этих доменов ориентированы хаотично, в разных направлениях. Из-за этой хаотичной ориентации их магнитные поля взаимно компенсируют друг друга, и суммарный магнитный момент всего стержня равен нулю. Поэтому в обычном состоянии железный стержень не проявляет магнитных свойств.

Процесс намагничивания заключается в упорядочивании ориентации магнитных моментов доменов под действием внешнего магнитного поля. Когда железный стержень помещают во внешнее магнитное поле (например, внутрь катушки с током), происходят два основных процесса. Сначала, при слабом поле, границы доменов смещаются так, что домены с ориентацией по полю растут за счет остальных. Затем, при увеличении поля, магнитные моменты целых доменов поворачиваются, выстраиваясь вдоль его направления.

Когда магнитные моменты всех доменов выстраиваются вдоль внешнего поля, наступает магнитное насыщение. Железный стержень становится сильным магнитом. Если после этого убрать внешнее магнитное поле, то у железа (как у магнитотвердого материала) значительная часть доменов сохранит упорядоченную ориентацию. Это явление называется остаточной намагниченностью. В результате железный стержень превращается в постоянный магнит с собственным северным и южным полюсами.

Ответ: Процесс намагничивания железного стержня объясняется упорядочиванием магнитных доменов — микроскопических областей с одинаково направленными магнитными моментами атомов. В ненамагниченном состоянии эти домены ориентированы хаотично, и их магнитные поля компенсируют друг друга. При помещении стержня во внешнее магнитное поле домены, ориентированные по полю, растут, а затем магнитные моменты всех доменов поворачиваются и выстраиваются вдоль поля. После снятия внешнего поля часть доменов сохраняет упорядоченную ориентацию, благодаря чему стержень становится постоянным магнитом.