Bạn có quen thuộc với nam châm vĩnh cửu?

32

…Vòng Samothrace với mạt sắt và mạt sắt nhảy vào nhau trong bình đồng, nổi cơn thịnh nộ dữ dội, khi dưới bình có một viên đá từ tính… Titus Lucretius Carus

Hổ phách không hút ống hút vào chính nó khi có thứ gì đó ngăn cách chúng và lực hút của sắt đối với nam châm cũng không bị ảnh hưởng tương tự. Cardano Gerolamo

…cuối cùng tôi đã thành công trong việc từ hóa và nhiễm điện một chùm ánh sáng và chiếu sáng một đường sức từ. Michael Faraday

Và sau đó tôi tự hỏi mình một câu hỏi - điều gì sẽ xảy ra nếu môi trường truyền sóng có cả giá trị âm và độ thấm từ cùng một lúc? Victor Veselago

…vật lý hiện đại được ca ngợi của chúng ta hoàn toàn là một trò lừa đảo: chúng ta bắt đầu với quặng sắt từ tính và hổ phách, và cuối cùng lại không hiểu rõ về cái này hay cái kia. Nhưng trong quá trình học, chúng em đã học được rất nhiều điều tuyệt vời và rất hữu ích cho việc luyện tập! Richard Feynman

Bạn có thực sự quen thuộc với điều này?

?

nam châm vĩnh cửu

Nhưng tất nhiên! Chúng ta hãy nhìn xung quanh - đây chúng ở trên cửa tủ lạnh, trong những món đồ chơi được dán vào đó, trên bàn trong những “bẫy” kẹp giấy, ghim và nút, trong dải từ tính của thẻ nhựa, hoặc ít nhất là trong cùng một chiếc la bàn đã được nhét vào cặp đi học và dây đeo đồng hồ. Suy nghĩ một chút, chúng ta hãy nhớ rằng máy ghi âm, micro và điện thoại không thể thiếu nam châm - những cuốn sách giáo khoa không theo kịp thời đại cho chúng ta biết điều này. Và ngày nay họ lấp đầy các loại thiết bị khác nhau bằng gì? Nó có thể không còn chứa nam châm theo nghĩa cổ điển nữa, nhưng điều này không có nghĩa là vật liệu từ tính đã không còn được sử dụng trong các thiết bị mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Họ chỉ thay đổi đến mức không thể nhận ra, đôi khi trở nên gần như vô hình, nhưng quan trọng nhất là có được những phẩm chất hoàn toàn mới, đặc biệt. Tuy nhiên, trong cuộc điểm danh về thời gian xuất hiện trong các đoạn sử thi, có lẽ có một điểm chung đáng chú ý - sự chú ý ngày càng tăng liên tục đến hiện tượng tự nhiên kỳ thú này. Những phản ánh về nam châm có thể được tìm thấy ở các triết gia cổ đại, các nhà tự nhiên học thời trung cổ và các nhà nghiên cứu đương đại của chúng ta. Ngày xửa ngày xưa, người ta đã thổi được “linh hồn” vào một nam châm và ví nó như những sinh vật sống; Ngày nay họ đang cố gắng giải đáp bí ẩn về đơn cực từ và giải thích những tính chất khác thường của vật liệu từ tính được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Ở một mức độ nào đó, “Kính vạn hoa” này là sự tiếp nối của số trước “Nano…” Và cũng giống như lần trước, chúng tôi sẽ cố gắng xây dựng một cầu nối từ những tình huống có vẻ đơn giản và bài toán, nơi chúng tôi gặp các nhân vật nam châm của mình, đến những đổi mới công nghệ thường gây ấn tượng đó, nơi họ tiếp tục đóng vai trò đáng chú ý, nếu không muốn nói là quyết định, làm thay đổi bộ mặt thế giới xung quanh chúng ta.

Câu hỏi và bài toán

1. Một thanh thép có thể có các cực từ giống nhau ở cả hai đầu không? Một nam châm vĩnh cửu có thể có số cực từ chẵn không? Còn số lẻ thì sao?

2. Hai nam châm thẳng giống hệt nhau được nối một lần như thể hiện trong hình a), một lần khác như thể hiện trong hình b). Vẽ đường sức từ trong mỗi trường hợp. 3. Nam châm có tác dụng lên kim nam châm không nếu bạn đặt tay vào giữa chúng? Nếu đó là một tấm nhôm thì sao? 4. Mạt kim loại được đổ đều lên một tờ giấy. Tấm này được đặt trong một từ trường. Nếu gõ nhẹ vào tấm, mùn cưa sẽ xếp thành chuỗi theo hướng của đường sức từ. Tại sao cần phải chạm vào tờ giấy? Tại sao mùn cưa lại xếp thành chuỗi? 5. Có hai thanh thép giống hệt nhau, một thanh có từ tính mạnh hơn thanh kia. Làm thế nào để tìm thấy thanh này? 6. Một dải nam châm được cắt thành nhiều đoạn có chiều dài bằng nhau. Mảnh nào trong số các mảnh thu được sẽ bị từ hóa nhiều hơn: mảnh nào ở gần đầu hơn hoặc gần giữa nam châm hơn? 7. Dải nam châm được chia thành hai phần bằng nhau và thu được hai nam châm. Liệu những nam châm này có tác dụng tương tự như toàn bộ nam châm không? 8. Tại sao khi cất giữ một nam châm hình vòng cung, các đầu của nó lại được nối bằng một thanh sắt (mỏ neo)? 9. Nam châm hồ quang mạnh có thể giữ được quả bóng thép. Tại sao quả bóng không được giữ cố định nếu nam châm được đóng bằng phần ứng? 10. Một nam châm mạnh có thể treo một vòng hoa gồm nhiều ống trụ bằng sắt. Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn mang một vòng hoa như vậy đến gần vòng hoa từ bên dưới?

33

Có phải là một nam châm hướng về cực trên cùng tên không? Nếu nó ngược lại thì sao? 11. Ba mũi tên từ tính hoàn toàn giống nhau nằm ở các đỉnh của một tam giác đều, cạnh của nó dài hơn nhiều so với chiều dài của mũi tên. Các mũi tên có thể quay quanh trục vuông góc với mặt phẳng của tam giác. Vị trí cân bằng của các mũi tên là bao nhiêu nếu bỏ qua mọi ảnh hưởng, cũng như từ trường của Trái đất? 12. Tại sao nam châm thép có thể bị từ hóa bằng cách đập búa, nhưng gõ nhẹ vào thanh thép thì ngược lại, có thể bị từ hóa? 13. Tại sao la bàn từ thông thường ở gần cực Trái đất hoạt động rất kém? 14. Cân thăng bằng có dầm thép nằm dọc theo kinh tuyến trái đất. Liệu trạng thái cân bằng có được duy trì nếu cánh tay đòn bị từ hóa dọc theo toàn bộ chiều dài của nó không? 15. Có thể định hướng trên Mặt trăng bằng la bàn từ tính không? 16. Nhiều chất vẫn giữ được tính chất từ ​​ngay cả sau khi bay hơi. Tại sao nguyên tử sắt ở trạng thái hơi mất tính chất sắt từ? 17. Một tấm thép có từ hóa được thả vào bình chứa axit clohydric, hòa tan. Năng lượng từ tính của tấm đã đi đâu?

Kinh nghiệm vi mô Đặt một cây kim nam châm lớn lên giá đỡ rồi đưa đầu tiên xuống phía dưới rồi đến đầu trên của giá ba chân trong phòng thí nghiệm của trường (tùy chọn: vào xô sắt, vào tay nắm cửa sắt). Liệu mũi tên có hoạt động giống nhau ở các đầu khác nhau của chân máy không? Tại sao?

Điều tò mò là… …thông tin lâu đời nhất về việc sử dụng sắt làm la bàn lại có trong biên niên sử Trung Quốc được biên soạn hơn ba nghìn năm trước. Cái tên “nam châm”, được triết gia Hy Lạp cổ đại Plato chứng minh, đã được tác giả của những bi kịch nổi tiếng Euripides giới thiệu gần năm trăm năm trước thời đại mới. …trong nhiều thế kỷ, những câu chuyện thần thoại về đặc tính của nam châm đã được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Do đó, liên kết sức mạnh của một nam châm, bất thường đối với bản chất vô tri, với mưu đồ của ma quỷ, họ tin rằng nó giúp kẻ trộm bằng cách mở táo bón và ổ khóa, rằng nam châm “ngủ” vào ban đêm và do đó không hoạt động, rằng ảnh hưởng của nam châm sẽ dừng lại nếu bạn chà xát với tỏi và nếu nó mất đi sức mạnh, nó nên được làm ẩm bằng máu dê. …trong chuyến tham quan cơ bản của mình “Trên nam châm…” Gilbert lần đầu tiên tuyên bố rằng Trái đất là một nam châm lớn. …Daniel Bernoulli đã tạo cho nam châm một hình móng ngựa; mối liên hệ giữa sét đánh và sự đảo ngược từ hóa của la bàn tàu, cũng như ảnh hưởng của bão từ đến cực quang, được thiết lập bởi Dominic Arago; Chương trình khoa học để nghiên cứu các hiện tượng từ tính, được các nhà khoa học ở thế kỷ 19 thực hiện theo, đã được phát triển, nhưng than ôi, không được Henry Cavendish xuất bản.

…trying to find the relationship between various areas of physics, Faraday discovered the rotation of the plane of oscillation of linearly polarized light propagating in matter along a constant magnetic field. The magneto-optical Faraday effect, implemented today in thin films, has proven to be indispensable in studying the properties of magnetic domains, in verifying the authenticity of video and audio recordings, and in deciphering “black boxes.” …the hypothesis about the existence of regions of spontaneous magnetization - domains - in ferromagnets was put forward by the French physicist Pierre Weiss in 1907 and was confirmed 12 years later in a spectacular experiment. Magnetization reversal of micron-sized domains with the help of an electronic signal amplifier invented by that time was converted into clicks heard throughout the laboratory. Và vào năm 1932, các miền từ tính đã được quan sát trực tiếp qua kính hiển vi. …although the poles of magnets are inseparable, the hypothesis about the existence of magnetic monopoles does not contradict the theory, many of their properties have been studied “on paper,” and the search for monopoles does not stop both in space and in terrestrial experiments. …The 2007 Nobel Prize in Physics was awarded for the development of technology that significantly increased the storage density of information on hard drives. It is based on the discovery of giant magnetoresistance in so-called “sandwiches”, consisting of two layers of ferromagnetic material separated by a thin layer of non-magnetic material. Hiệu ứng này là ứng dụng thực tế đầu tiên của công nghệ nano trong ngành điện tử hiện đại. …in recent years, physicists have been able to create “superlenses” that collect light rays into a much narrower beam than allowed by the laws of optical diffraction, which made it possible to distinguish points located just a few tens of nanometers from each other. Metamaterials used in the manufacture of “superlenses” have a negative refractive index, i.e. are “left-handed” optical media in which the dielectric constant and magnetic permeability are negative.

Những điều cần đọc trong «Kvant» về nam châm vĩnh cửu

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Kính vạn hoa «Kvant» – 2005, Số 1, trang 32, 2. “Môi trường bên trái” – 2006, Phụ lục số 2, trang 62, 3. “Chuyển động của điện tích trong từ trường” – 2007, Số 5, trang 42, 4. “Chiến thắng của khoa học cơ bản” – 2008, Số 4, tr. 4; 5. “Những bí ẩn của kim từ” – 2009, Số 3, trang 39; Số 5, trang 34; 6. “Miền từ” – 2009, Phụ lục số 4, trang 7. “Cách điều khiển ánh sáng bằng từ trường” – 2010, số 12; Tính chất từ ​​của vật chất” – 2010, Phụ lục số 1, trang 63. Vật liệu do A. Leonovich chế tạo