Решён
Как действует магнит - почему притягивает металл и откуда берется сила?

Сергей В. Физика
9.8k
8

Понимаю что это базовая физика, но всегда было интересно докопаться до реального объяснения.

В школе говорили про магнитное поле и на этом все заканчивалось. Но что такое магнитное поле физически? Почему именно железо притягивается, а медь или дерево нет? Откуда вообще берется энергия для этой силы, магнит же не разряжается?

Решение
94
Эксперт • 1 ответ

Сила магнита - это в конечном счете квантовомеханический эффект, и школьное "магнитное поле" - это просто способ описать его последствия, не объясняя природу.

Вот что происходит реально:

Электроны в атомах обладают свойством под названием "спин" - это квантовая характеристика, которую удобно представлять как вращение заряженной частицы. Вращающийся заряд создает магнитный момент. В большинстве материалов электроны спарены попарно с противоположными спинами, и их магнитные моменты взаимно гасят друг друга.

Железо, никель, кобальт - особенные. У них есть неспаренные электроны на 3d-оболочке. Это дает атому ненулевой магнитный момент. Плюс ключевой момент: в железе соседние атомы за счет обменного взаимодействия (тоже квантовый эффект) выравнивают свои магнитные моменты в одном направлении. Образуются домены - области с единым намагничиванием. В обычном куске железа домены хаотичны и компенсируют друг друга. Внешнее поле выстраивает домены - железо намагничивается и притягивается.

Про энергию: магнит не расходует энергию пока ничего не двигает. Сила поля - это градиент потенциальной энергии системы, а не поток энергии. Пружина тоже не разряжается просто лежа сжатой.

Аватар Сергей В.

Аналогия с пружиной про энергию - это именно то чего мне не хватало. Спасибо, все встало на место.

37
Участник • 1 ответ

Если коротко без квантмеха: в железе есть зоны (домены) где все атомы намагничены в одну сторону. Обычно они хаотичны. Магнит выстраивает их. Медь и дерево не притягиваются потому что у них нет неспаренных электронов для этого.

51
Эксперт • 1 ответ

Ричард Фейнман отвечал на этот же вопрос в интервью и говорил примерно следующее: объяснение всегда упирается в то, что мы принимаем как данность. Почему магнит притягивает - потому что электромагнитное взаимодействие. Почему оно существует - потому что такова природа. На каком то уровне всегда приходится остановиться и сказать "просто так устроен мир".

29
Эксперт • 5 ответов

Интересный факт в тему: магниты теряют силу при нагреве выше точки Кюри (для железа это около 770 градусов Цельсия). Тепловое движение разрушает выравнивание доменов. При охлаждении без внешнего поля намагниченность не восстанавливается - домены выстраиваются случайно.

42
Эксперт • 4 ответа

Медь кстати слабо реагирует на магнитное поле - она диамагнетик. Если взять очень сильный магнит и кусок меди и резко их разделить, почувствуете слабое отталкивание. А если бросить медную трубку над мощным магнитом - она упадет заметно медленнее из за токов Фуко. Это не притяжение, но магнитный эффект там есть.

33
Участник • 4 ответа

Магнитное поле - это просто релятивистский эффект электрического поля. Если взять движущийся заряд и посмотреть на него из движущейся системы отсчета, электрическое поле трансформируется и возникает то, что мы называем магнитным. То есть строго говоря отдельного "магнетизма" нет, есть единый электромагнетизм.

2
Эксперт • 1 ответ

В школе объясняли что магниты притягивают металл потому что металл проводит электричество и как то там электроны перемещаются... Похоже я что то перепутал судя по ответам выше

0
Случайный участник (Гость)

тоже всю жизнь интересовался этим вопросом, спасибо за тред, первый ответ сохранил себе

Написать ответ

Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.