Właściwości magnetyczne substancji
W tej lekcji1/13
Przejdź się po kuchni z magnesem w dłoni i przykładaj go do wszystkiego. Stalowy widelec — trzyma się jak przyklejony. Aluminiowa puszka — nic. Miedziany drut — nic. Nawet złota obrączka nie drgnie. A przecież to wszystko są metale. Skąd magnes wie, do czego ma się przykleić?
Ferromagnetyki, czyli krótka lista wybrańców
Ferromagnetyki. Tak nazywamy substancje, które magnes przyciąga silnie i które same dają się namagnesować. Lista jest zaskakująco krótka: żelazo — a z nim stal, blacha, gwoździe i śruby — oraz nikiel, kobalt i stopy tych trzech metali.
Wykres pod spodem to wynik jednego doświadczenia: ten sam magnes przyłożony do czterech próbek i policzone spinacze.
Reszta substancji reaguje, ale miliony razy słabiej
Paramagnetyki i diamagnetyki. Tak nazywa się cała reszta: aluminium, miedź, srebro, złoto, cynk, a także drewno, szkło, woda i plastik. Pole magnetyczne działa na nie miliony razy słabiej — paramagnetyk jest odrobinę przyciągany, diamagnetyk odrobinę odpychany.
Domeny magnetyczne — dlaczego gwóźdź daje się namagnesować
Domeny magnetyczne. Kawałek żelaza nie jest jednolitą bryłą — dzieli się na miliardy maleńkich obszarów, a każdy z nich jest malutkim magnesikiem z własnym biegunem północnym i południowym. Domena ma rozmiar rzędu setnych części milimetra, więc gołym okiem jej nie zobaczysz.
Namagnesowanie to uporządkowanie domen
Namagnesowanie. Zbliżony silny magnes obraca domeny gwoździa tak, jak pokazuje rysunek. Ich działania przestają się wtedy znosić i zaczynają sumować — im więcej domen jest już ustawionych, tym silniejszy magnes powstaje.
Nasycenie, czyli koniec porządkowania
Nasycenie. Kiedy wszystkie domeny są już ustawione równolegle, mocniej namagnesować gwoździa się nie da. Gwóźdź zachowuje się teraz jak magnes sztabkowy.
Aluminium i miedź domen magnetycznych po prostu nie mają. Nie ma czego porządkować, więc nie ma jak ich namagnesować.
Jak namagnesować zwykły gwóźdź
- 1
Weź stalowy gwóźdź lub śrubokręt i sprawdź go najpierw na sucho: zbliż go do kupki spinaczy. Nic się nie dzieje, spinacze leżą spokojnie. To znaczy, że domeny w środku są jeszcze ustawione chaotycznie.
- 2
Przyłóż jeden biegun silnego magnesu do końca gwoździa i pociągnij nim wzdłuż całej długości, aż do drugiego końca. Ważne: pocieraj zawsze w tę samą stronę i tym samym biegunem. Ruchy tam i z powrotem obracałyby domeny raz w jedną, raz w drugą stronę i wszystko by się znosiło.
- 3
Powtórz pociągnięcie kilkanaście razy, za każdym razem unosząc magnes wysoko w powietrze i zaczynając od tego samego końca. Z każdym przejazdem coraz więcej domen ustawia się równo.
- 4
Sprawdź efekt: zbliż gwóźdź do spinaczy. Teraz podnosi ich kilka naraz, a najmocniej trzymają się jego końców, bo tam są bieguny nowego magnesu.
Wszystkie 4 kroków odsłonięte.
Na stole leżą dwa przedmioty: aluminiowa puszka po napoju i stalowy gwóźdź. Zbliżasz do nich magnes. Który z nich zostanie przyciągnięty?
Pułapka! Magnes wcale nie przyciąga wszystkich metali
Metal to za mało. Przekonanie „metal równa się coś, co przyciąga magnes” pasuje do gwoździ, spinaczy i lodówki — i jest fałszywe. Sprawdź sam: puszka po napoju, drut w kablu, srebrny pierścionek, cynkowana blacha. Magnes nie reaguje na żaden z tych metali.
Metali jest kilkadziesiąt, a ferromagnetyki to zaledwie trzy z nich plus ich stopy.
Magnes jako najprostszy test materiału
Pułapka bywa narzędziem. Jubiler i skupujący złom przykładają magnes do towaru: jeśli rzekomo złoty łańcuszek do niego skacze, to nie jest złoto — w środku siedzi stal.
Kiedy magnes traci moc, a kiedy się rozmnaża
- 1
Namagnesowany gwóźdź nie trzyma swoich właściwości na zawsze. Wystarczy uderzyć nim mocno kilka razy o beton albo rzucić nim o podłogę, żeby przestał przyciągać spinacze.
- 2
Wnętrze gwoździa po uderzeniu o beton Powód jest ten sam co wcześniej, tylko na odwrót: wstrząs wytrąca domeny z równego szyku. Na zewnątrz pole zanika — to jest rozmagnesowanie.
- 3
Drugi sposób to ogrzewanie. Im wyższa temperatura, tym mocniej drgają atomy i tym trudniej domenom utrzymać porządek. Powyżej pewnej granicy, zwanej temperaturą Curie, ferromagnetyk traci właściwości magnetyczne całkowicie. Dla żelaza to około 770 stopni Celsjusza, dla niklu tylko około 360.
- 4
A teraz odwrotna sytuacja. Przełam magnes sztabkowy na pół i sprawdź, co dostaniesz. Nie osobny biegun N i osobny S, tylko dwa pełne magnesy, każdy z oboma biegunami.
- 5
Połówka przełamanego magnesu — oba bieguny na miejscu Domeny tłumaczą to natychmiast: w obu połówkach nadal są ustawione równo. Możesz łamać dalej i zawsze wyjdzie to samo — pojedynczy biegun magnetyczny nie istnieje.
Wszystkie 5 kroków odsłonięte.
Namagnesowana igła przyciągała opiłki żelaza. Wrzucono ją do ogniska, rozgrzano do czerwoności i pozostawiono do ostygnięcia. Czy po ostygnięciu igła nadal będzie przyciągać opiłki?
Ściąga do zapamiętania
Które substancje magnes przyciąga i co się w nich dzieje przy namagnesowaniu?
Silnie oddziałują z magnesem i dają się namagnesować tylko ferromagnetyki: żelazo, nikiel, kobalt oraz ich stopy, na przykład stal.
• Pułapka: magnes nie przyciąga wszystkich metali. Aluminium, miedzi i złota nie rusza. Pozostałe substancje (paramagnetyki i diamagnetyki) reagują tak słabo, że w szkolnym doświadczeniu tego nie widać.
• Wnętrze ferromagnetyka dzieli się na domeny magnetyczne, czyli maleńkie magnesiki. W kawałku nienamagnesowanym są ustawione chaotycznie i ich działania się znoszą.
• Namagnesowanie porządkuje domeny w jedną stronę, więc ich działania się sumują.
• Rozmagnesowanie: uderzenie albo ogrzanie powyżej temperatury Curie (dla żelaza około ) rozsypuje ten porządek.
• Przełamany magnes daje dwa pełne magnesy, bo w każdej połówce domeny nadal są uporządkowane — pojedynczego bieguna nie da się otrzymać.
Sprawdź się!
Odpowiedziano na 0 z 5 pytańSkróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.
Który zestaw zawiera wyłącznie ferromagnetyki?
Jak ustawione są domeny magnetyczne w kawałku żelaza, który NIE jest magnesem?
Uczeń twierdzi, że magnes przyciąga każdy metal. Jak najlepiej obalić to twierdzenie?
Namagnesowany śrubokręt kilkanaście razy mocno uderzono młotkiem. Przestał przyciągać spinacze. Dlaczego?
Magnes sztabkowy przełamano na pół. Co się z nim stało w ujęciu domen magnetycznych?