Как работают постоянные магниты, чем обусловлены их необычные свойства и почему различные вещества по-разному реагируют на присутствие магнита?
Расшифровка видео
0:00
в комментариях к одному из наших прошлых
0:02
видео в котором мы говорили про
0:04
магнитное взаимодействие многие зрители
0:06
просили меня подробнее рассказать о том
0:09
как и почему работают постоянные магниты
0:12
с удовольствием выполняя эту просьбу Тем
0:15
более что проявление магнетизма в
0:17
веществе – это очень интересная тема
0:19
которую как выясняется подчас не слишком
0:22
хорошо объясняют в школе Кстати я люблю
0:24
делать видео по заявкам зрителей У меня
0:27
есть даже специальный Файлик который я
0:28
вношу все поднятые вами в комментариях
0:30
интересные темы и постепенно превращая
0:33
их в новые видео Так что не стесняйтесь
0:35
задавать вопросы Ну и конечно же не
0:38
забывайте подписываться на канал и
0:39
включать уведомления нажимая на
0:41
колокольчик чтобы точно не пропустить
0:43
видео на ту тему которая интересует
0:45
именно вас Ну а теперь давайте
0:48
разбираться что же там происходит в
0:50
магнитах И почему они работают именно
0:52
так как они работают вообще явление
0:56
магнетизма известно с глубокой древности
0:58
упоминания об использо компаса в Китае
1:01
встречаются в летописях конца второго
1:03
тысячелетия до нашей эры Ну а само
1:07
название магнит происходит от названия
1:09
способного притягивать металл камня
1:11
который добывали в греческой провинции
1:13
Магните начиная по крайней мере со
1:16
второго века до нашей эры тем не менее
1:18
на протяжении тысячелетий природа
1:20
магнитного взаимодействия была для
1:22
исследователей загадкой вплоть до начала
1:24
19 века когда датский физик Ганс эрстед
1:28
показал что проводник с электрическим
1:30
током создает вокруг себя магнитное поле
1:32
на которое реагирует Стрелка компаса
1:35
впоследствии было доказано что магнитное
1:38
поле создается именно при движении
1:40
электрически заряженных частиц также как
1:43
неподвижное заряженные частицы создают
1:45
вокруг себя электрическое поле позже уже
1:48
в начале 20 века с появлением
1:50
специальной теории относительности
1:51
Эйнштейна стало понятно Что магнетизм
1:54
является лишь разновидностью
1:55
электричества а точнее релятивистским
1:58
эффектом возника при наблюдении за
2:01
электрическим взаимодействием движущихся
2:03
тел из неподвижной системы отсчета
2:05
впрочем об этом У нас есть отдельное
2:07
видео Так что сейчас мы в этот вопрос
2:09
углубляться не станем кому интересно
2:11
ссылка на видео сейчас должна появиться
2:13
в правом верхнем углу экрана Однако если
2:16
магнетизм есть взаимодействие движущихся
2:19
заряженных тел то откуда же берется
2:21
магнетизм постоянных магнитов которые
2:24
во-первых вроде бы не заряжены А
2:26
во-вторых как бы никуда не двигаются
2:28
толчком к пониманию этого стало открытие
2:31
английским физиком джозефом томсоном
2:33
электрона мельчайшей частицей вещества
2:35
входящие в состав атома и имеющий
2:38
отрицательный электрический заряд откуда
2:41
родилось логичное и впоследствии
2:43
оказавшаяся верным представление о том
2:45
что магнитные свойства вещества
2:47
объясняются движением заряженных
2:50
электронов в атомах это Кими
2:52
электронными токами которые как и все
2:55
уважающие себя токи будут создавать
2:56
атомарные Магнитные поля
2:59
достаточно наивная электронно токовая
3:02
теория вещественного магнетизма
3:03
оказалось в целом верной Хотя конечно со
3:07
временем и претерпела определенные
3:08
изменения например Выяснилось что
3:11
Электрон создает магнитный момент не
3:13
только вследствие движения по орбите
3:15
вокруг ядра но и сам по себе вне
3:18
зависимости от своего пребывания в
3:20
составе атома это явление на велофизиков
3:22
на Мысль о том что Электрон вращается не
3:25
только вокруг ядра но и вокруг своей
3:28
собственной оси что было довольно
3:30
логично в рамках планетарной модели
3:32
такое собственное вращение а точнее
3:35
обусловлено этим вращением момент
3:37
импульса электрона назвали спином а
3:40
обусловленные этим спином магнитные
3:42
свойства электрона спиновым или
3:44
собственным магнитным моментом тогда как
3:47
магнит возникающий вследствие вращения
3:49
электрона по орбите орбитальным
3:52
магнитным моментом Сегодня мы кстати уже
3:54
не думаем что электронный ватами
3:56
вращаются подобно планетам вокруг Солнца
3:59
мы вообще не говорим как они там вата не
4:02
движутся потому что понятие вращения И
4:04
вообще какой-либо траектории в квантовой
4:06
механике не очень уместно тем не менее
4:09
как орбитальный так и спиновый магнитные
4:11
моменты у электрона имеются и оба они
4:14
вносят свой вклад в то что мы можем
4:16
назвать суммарным магнитным моментом
4:18
электрона Ну а сумма Разумеется
4:21
векторная магнитных моментов всех
4:23
электронов атома создаёт его совокупный
4:26
магнит иными словами Каждый атом
4:29
вещества оказывается маленький магнитом
4:32
И множество магнитных моментов атомов
4:35
складываясь между собой создают общий
4:38
магнитный момент всего вещества чем
4:40
объясняются его магнитные свойства мы
4:44
знаем что разные вещества обладают
4:46
различными магнитными свойствами одни
4:48
магнитятся сильнее другие слабее третий
4:51
Вообще практически не магнитятся и
4:53
объясняются эти различия прежде всего
4:55
различиями в электронном строении
4:57
различных атомов представленных из этих
5:00
атомов молекул для начала рассмотрим
5:03
атом Гелия у него два протона и
5:06
соответственно Два электрона оба из
5:09
которых помещаются на самом Нижнем
5:11
энергетическом уровне так называемом под
5:13
уровне 1С как мы уже говорили в видео
5:16
посвященном спину Две частицы С
5:18
полуцелым спином А У электрона спин
5:20
равен 1/2 могут находиться в одном и том
5:22
же состоянии лишь в случае если их спины
5:25
направлены в противоположные стороны
5:26
если бы электроны вращались то это было
5:29
бы Аналогично их вращению в
5:31
противоположных направлениях Это
5:33
означает что эти электроны будут иметь
5:35
равные по величине но направленные в
5:37
противоположные стороны собственной
5:39
магнитный момент и более того проще
5:41
говоря суммарный магнитный момент атома
5:43
Гелия обусловлены наличием у него двух
5:46
электронов на 1С орбитали окажется
5:48
равным нулю сам по себе атом Гелия
5:51
магнитными свойствами обладать не будет
5:54
теперь поместим этот атом во внешнее
5:57
магнитное поле как и любые движущиеся
6:00
заряженные частицы электронный станут
6:02
испытывать влияние со стороны этого поля
6:04
оно будет замедлять один из них и
6:07
ускорять другой И вот окажется что
6:09
замедляться будет тот чей магнитный
6:12
момент направлен в ту же сторону а
6:14
ускоряться тот который будет создавать
6:16
магнитный момент в обратном направлении
6:17
иными словами под влиянием внешнего
6:20
магнитного поля магнитное равновесие
6:22
атома Гелия нарушится и он обретет
6:25
магнитный момент причем направленный
6:27
против внешнего поля то же самое сделают
6:31
и другие атомы вещества и весь гелий
6:34
станет магнитом имеющим противоположную
6:37
полярность по отношению к внешнему полю
6:40
то есть его из этого поля станет
6:41
выталкивать вещества атомы которых сами
6:45
по себе не обладают магнитным моментом
6:47
Но которые в магнитном поле
6:49
намагничиваются против этого поля
6:51
называют диамагнетиками теперь
6:54
рассмотрим следующий элемент таблицы
6:57
Менделеева литий у него уже три и
7:00
соответственно 3 электрона третий
7:02
Электрон уже не может разместиться на 1С
7:04
орбитале так как его спин в любом случае
7:07
будет одинаковым с одним из уже
7:08
находящихся там электронов а электроны с
7:11
одинаковой направленными спинами как мы
7:13
уже говорили выше сосуществовать на
7:15
одной орбитали не могут вследствие этого
7:17
третьей Электрон лития вытесняется на
7:20
лежащие выше 2S под уровень Где и
7:23
пребывает в гордом одиночестве и если у
7:26
Гелия суммарный магнитный момент был
7:28
равен нулю то у лития это уже не так
7:30
третий Электрон создает
7:32
нескомпенсированный магнитный момент и
7:35
весь атом лития в целом будет являться
7:37
маленьким магнитом значит ли это что и
7:41
весь литий состоящий из множества таких
7:43
атомов будет обладать магнитными
7:45
свойствами нет вовсе не значит Дело в
7:48
том что благодаря хаотическому тепловому
7:50
движению магнитные моменты атомов лития
7:52
будут ориентированы случайным образом и
7:55
Хотя Каждый атом в отдельности будет
7:57
обладать магнитным моментом
7:59
сахарная сумма моментов всех атомов в
8:01
среднем будет равна нулю теперь поместим
8:04
уже наш литий в магнитное поле
8:07
Элементарные магниты атомов будут
8:09
втягиваться в это поле противоположными
8:11
полюсами и отталкиваться одноименными
8:13
это приведет к тому что атомарные
8:15
магнитики ориентируются вдоль поля и все
8:18
вещество в целом на магнитится в
8:20
направлении поля вещества ведущие себя
8:23
подобным образом называются
8:25
парамагнетиками не обладая магнитными
8:27
свойствами сами по себе будучи
8:30
поднесенными к магниту они станут
8:31
притягиваться к нему А что будет
8:34
происходить в этот момент со спаренными
8:36
электронами на 1С подуровне Да
8:38
собственно то же самое что происходило с
8:41
ними и у Гелия поле изменит величины их
8:44
электронных токов приведя к появлению
8:45
магнитного момента направленного против
8:47
поля Однако этот момент будет куда
8:50
меньше чем собственными магнитный момент
8:52
создаваемый неспаренным электронном на
8:54
2S орбитале Так что пара магнитное
8:56
поведение атома лития будет куда более
8:59
чем его диамагнитное поведение важно
9:03
понимать что парамагнитная ориентация в
9:06
магнитном поле не будет идеальной атомы
9:08
в любом случае будут продолжать
9:10
участвовать в хаотическом тепловом
9:11
движении которое будет мешать им
9:13
выстроиться в одну линию вдоль поля
9:15
возьмем теперь следующий элемент
9:18
бериллий У него четыре протона и
9:20
соответственно 4 электрона которые
9:22
разместятся попарно на 1С и 2S под
9:25
уровнем точно так же как и у ели
9:27
магнитные моменты электронов в атоме
9:29
бериллия окажутся скомпенсированными и
9:31
мы можем уверенно сказать что бериллий
9:33
будет диамагнетиком и так оно и
9:35
получается на практике думаю моим
9:38
дорогим зрителям уже должен быть понятен
9:40
общий Принцип если у атомов вещества
9:42
есть неспаренные электроны создающие не
9:45
скомпенсированный магнитный момент то
9:47
вещество будет пара магнетиком то есть
9:50
будет дружить с магнитным полем
9:51
притягиваться к нему если же атомы
9:54
вещества содержат только спаренные
9:56
электроны то магнитного поля у атома не
9:59
и вещество будет диамагнетиком и станет
10:02
выталкиваться из поля конечно же из
10:05
этого правила есть исключения Например у
10:08
меди есть один неспаренный Электрон на
10:11
4S подуровне и тем не менее медь будет
10:14
вести себя как диамагнетик Почему Да
10:17
потому что рядом с 4S под уровнем в
10:20
атоме меди находятся 3D под уровень аж
10:23
10 спаренными электронами и их
10:26
диамагнитное поведение будет перекрывать
10:29
парамагнитное поведение одного
10:31
единственного неспаренного электрона
10:32
кстати проводя магнитные опыты с медью и
10:36
другими проводниками следует действовать
10:38
аккуратно чтобы не спутать пара идея
10:40
магнитное поведение вещества совершенно
10:42
другим эффектом обусловленным
10:44
возникновением проводниках так
10:46
называемых токов Фуко и создаваемых
10:48
этими токами магнитных полей дело тут в
10:52
том что помимо электронов в атомах в
10:54
металлических проводниках имеются и так
10:56
называемые свободные электроны примерно
10:58
равномерно за настоящий металл в виде
11:00
того что физики называют электронным
11:02
газом подробнее о том как он образуется
11:05
мы говорили в видео посвященном металлам
11:07
и их особенностям ссылка на которое
11:09
сейчас по традиции появится в правом
11:11
верхнем углу экрана сейчас же нам важно
11:13
что эти электроны там есть и что они
11:15
тоже реагируют на внешнее магнитное поле
11:17
но совершенно иным образом третье
11:20
уравнение Максвелла также известное как
11:22
закон Фарадея или закон магнитной
11:24
индукции гласит что переменная магнитное
11:26
поле порождает вихревое электрическое
11:29
поле это вихревое поле воздействует на
11:31
свободные электронной проводимости
11:33
приводя их соответственно вихревое
11:34
движение и это движение тоже можно
11:37
рассматривать как электрический ток так
11:40
называемый ток Фуко который также будет
11:42
создавать собственное магнитное поле и
11:45
Вот оказывается что это магнитное поле
11:47
всегда будет направлено в обратную
11:49
сторону относительно направления
11:51
изменения внешнего магнитного поля Если
11:53
мы станем увеличивать магнитное поле в
11:55
проводнике скажем поднося к нему ближе
11:58
постоянный магнит магнитный момент
12:00
порождаемый токами Фуко будет
12:02
отталкивать приближающийся магнит И
12:04
наоборот если мы станем удалять магнит
12:06
то Токи Фуко заходят в обратную сторону
12:09
и создадут магнитный момент благодаря
12:10
которому между магнитом и проводником
12:12
возникнет притяжение препятствующее
12:14
удалению это работает Как своеобразная
12:17
магнитное сопротивление которое будет
12:19
препятствовать изменению взаимного
12:21
положения магнита и проводника в этом
12:24
состоит первое отличие парамагнитных и
12:26
геомагнитных эффектов которые возникают
12:28
в стационарном магнитном поле
12:29
неподвижного постоянного магнита тогда
12:32
как Токи Фуко и связанные с ними
12:33
магнетизм только в переменном магнитном
12:36
поле второе отличие состоит в том что
12:38
магнитные свойства вещества объясняются
12:40
его электронно-атомным строением тогда
12:43
как на переменное поле все металлы
12:45
реагируют примерно одинаково с другой
12:48
стороны пара и диамагнитными свойствами
12:50
обладают все вещества оттоки Фуко
12:53
возникают лишь в металлах и других
12:55
проводниках там где для их возникновения
12:57
имеются относительно свободные
12:59
заряженные частицы А сегодня мы все-таки
13:02
говорим о постоянных магнитах и
13:04
соответственно постоянных магнитных
13:06
полях Так что не будем пожалуй слишком
13:07
уж далеко отклоняться от темы нашего
13:09
рассказа следующим забериллием в таблице
13:12
Менделеева идет Бор с пятью протонами и
13:15
пятью электронами которые полностью
13:16
заполнят и 1С и 2S подуровней и еще один
13:21
Электрон окажется неспаренным на 2п под
13:24
уровнем то есть мы могли бы ожидать что
13:27
Бор будет пара магнетиком но дело все в
13:30
том что атомы Бора в реальности по
13:32
одному не существует они объединяются в
13:34
двух атомную молекулу А в молекулах все
13:36
происходит немножко иначе там возникает
13:39
так называемые молекулярные орбитали на
13:42
которых электроны атомов тоже
13:44
располагаются вполне определенным
13:46
образом и уже это расположение будет
13:48
определять магнитные свойства
13:50
составленного из молекул вещества метод
13:52
молекулярных орбиталей это уже чистая
13:55
химия Хотя в его основе конечно же лежат
13:57
физические законы отбирать хлеб у
14:00
Химиков мы не будем так что посмотрим
14:02
лишь на итоговый результат при
14:04
объединении атомов Бора в молекулу не
14:07
спаренные электроны на 2п под уровнях
14:09
окажутся спаренными на общей
14:12
молекулярной Сигма орбиталь то есть хотя
14:14
в атоме Бора имеются неспаренные
14:16
электроны в молекуле Боров все электроны
14:18
окажутся связанными и бор будет
14:20
диамагнетиком то есть станет
14:22
выталкиваться из внешнего магнитного
14:24
поля идем еще дальше и рассмотрим
14:27
углерод углерод имеет шестой номер в
14:30
таблице Менделеева Так что у него шесть
14:32
протонов и 6 электронов как и в случае
14:35
Бора у него заполнены 1С и 2S под уровни
14:39
А на 2п под уровне окажутся Два
14:42
электрона на различных орбиталях Почему
14:45
именно они разместятся на различных
14:46
арбитралях и как будут ориентированы
14:49
друг относительно друга их спины так как
14:52
электроны имеют одинаковый заряд И
14:53
вообще говоря отталкиваются между собой
14:55
Им конечно же желательно держаться друг
14:57
от друга подальше поэтому они будут
14:59
склонны заполнять различные орбитали 2п
15:02
под уровня до тех пор пока На этом самом
15:04
два П подровня В принципе останется
15:06
свободное место это первая часть одного
15:09
из главных правил квантовой химии
15:11
известного как правило хунда когда
15:14
электроны заполняют одну орбиталь то как
15:16
мы уже неоднократно говорили на ней Они
15:19
обязаны иметь противоположно
15:20
направленные спины но как насчёт
15:22
электронов на разных орбиталях
15:24
оказывается что на разных орбиталях
15:27
электроны всегда имеют спины
15:29
направленные в одну и ту же сторону это
15:32
вторая часть правила хунда почему так
15:35
происходит объясняется это явление
15:37
сочетанием электрического отталкивания
15:40
электронов и их так называемого
15:42
обменного взаимодействия возникающего
15:45
из-за наличия у них спин подробнее Мы
15:48
обсуждали обменное взаимодействие в
15:50
одном из наших прошлых видео и там мы
15:52
говорили что из-за него электроны
15:55
одинаково направленными спинами
15:57
отталкиваются друг от друга чуть сильнее
16:00
чем отталкивались бы только из-за
16:02
электрического взаимодействия тогда как
16:04
электронность противоположна
16:05
направленными спинами отталкиваются чуть
16:08
слабее строгое решение задачи об
16:11
определении суммарной энергии как
16:13
электрического так и обменного
16:15
взаимодействия электронов на разных
16:16
орбиталях атомов проводят в курсе
16:19
квантовой механики и эта задача
16:20
достаточно громоздко С математической
16:22
точки зрения Так что хотя объяснять
16:24
что-либо на пальцах квантовой физике
16:26
Настоятельно не рекомендуется Я все-таки
16:29
рискну очень упрощенная то можно
16:32
представить себе так из-за более
16:34
сильного отталкивания электронов С
16:37
одинаково направленными спинами они
16:39
будут находиться на больших расстояниях
16:41
друг от друга а при увеличении
16:43
расстояния между заряженными частицами и
16:46
сила и энергия их взаимодействия падает
16:49
то есть электронный С одинаково
16:51
направленными спинами будут находиться
16:53
чуть дальше а энергия их взаимодействия
16:56
при этом будет чуть меньше ну а
16:59
квантово-механические системы
17:00
предпочитают находиться именно в
17:02
состоянии с наименьшей энергией Надеюсь
17:05
что настоящие физики и химики не
17:07
предадут меня анафеме за такую метафору
17:09
но факт остается фактом спины электронов
17:12
на одной и той же орбитали атома
17:14
ориентированных противоположные стороны
17:16
а на различных в одну и ту же сторону
17:19
Итак углеродов атоме есть H2 неспаренных
17:23
электрона каждая из которых будет
17:25
создавать магнитный момент и оба эти
17:27
момента будут направлены в одну и ту же
17:29
сторону то есть будут суммироваться а
17:32
потому атом углерода будет являться
17:33
микроскопическим магнитом и значит
17:35
углерод должен быть пара магнетиком на
17:38
практике все получается чуть-чуть
17:40
сложнее причем сразу по нескольким
17:41
причинам во-первых в природе углерод
17:44
редко пребывает в основном состоянии
17:46
которое изображено на рисунке 2п под
17:48
уровень расположен очень близко к 2S под
17:51
уровню и один из двух с электронов часто
17:54
мигрирует на свободную 2п орбиталь в
17:56
результате чего в атоме углерода
17:58
оказывается 4 неспаренных электрона что
18:01
по идее должно придать ему еще более
18:03
сильное парамагнитные свойства Однако в
18:06
веществах углерод обычно образует
18:08
атомарные молекулярные решетки где
18:10
Каждый атом соединяется с четырьмя
18:12
другими Как раз за счет спаривания их
18:15
неспаренных электронов и поэтому в
18:17
большинстве своих модификаций таких как
18:20
графит или Алмаз углерод все-таки будет
18:23
диамагнетиком хотя некоторые модификации
18:26
углерода могут обладать пара магнитными
18:28
И даже более специфическими магнитными
18:30
свойствами о которых мы еще поговорим
18:32
ниже таким образом Хотя в основе
18:35
магнитных свойств любого вещества лежит
18:38
его атомная электронное строение делать
18:41
выводы о том Будет ли вещество пара
18:43
магнетиком или диамагнетиком только на
18:46
основании его электронной формулы
18:47
зачастую нельзя следует также принимать
18:51
в расчет не сжатомные а иногда и
18:53
межмолекулярные связи в веществе Так что
18:55
задача оказывается немножко сложнее
18:58
не может показаться на первый взгляд вне
19:02
поля сами по себе пара и диамагнетики
19:05
магнитными свойствами не обладают
19:07
например в пара магнетиках тепловое
19:09
движение быстро разрушает образовавшуюся
19:12
парамагнитную ориентацию и вещество
19:14
снова теряет магнитный момент Однако
19:18
некоторые парамагнетики ведут себя иначе
19:21
они способны сохранять намагниченность и
19:24
после удаления поля и даже способны
19:27
обладать намагниченностью без поля
19:29
вообще одним из таких суперпара
19:32
магнетиков и пожалуй наиболее известным
19:34
из них является железо и от латинского
19:37
названия этого металла феррум происходит
19:39
название всего класса веществ
19:41
ферромагнетики с атомной электронной
19:45
точки зрения железо имеет четыре
19:47
неспаренных электрона на 3D орбитале и
19:50
значит должно быть ярким представителем
19:51
класса парамагнетиков А в магнитном поле
19:54
его атомы должны ориентироваться вдоль
19:56
линии этого поля Но тот факт что при
19:59
включении поля атомы сохраняют свою
20:01
ориентацию одной лишь электронной
20:03
структурой объяснить уже не получается
20:05
проще говоря в железе должно
20:07
существовать некое дополнительное
20:09
взаимодействие из-за которого
20:11
электронном разных атомов даже после
20:14
отключения внешнего поля будет
20:16
энергетически выгодно сохранять
20:18
параллельную ориентацию спинов нечто
20:20
подобное мы с вами кстати уже видели
20:23
когда говорили об атомах с большим
20:25
количеством неспаренных электронов на
20:27
разных орбиталях одного и того же атома
20:29
спины этих электронов благодаря
20:31
сочетанию электрического и обменного
20:34
взаимодействий выстраивались в одном
20:36
направлении в принципе тут происходит
20:38
Почти то же самое но только с
20:40
электронами разных атомов если плотность
20:43
неспаренных электронов в металлах
20:45
достаточно велика то Энергия и
20:47
взаимодействия оказывается минимальной в
20:49
случае если спины ориентированы друг
20:52
параллельно другу
20:53
при этом Если атомы в кристаллической
20:56
решетке упакованы очень плотно так чтобы
20:59
их d-орбитали Ну или другие орбитали на
21:02
которых находится неспаренные электроны
21:03
начали пересекаться друг с другом то
21:06
подобная ориентация будет уже запрещена
21:08
принципом паули и вместо параллельной
21:11
ориентации электрона вдруг относительно
21:12
друга электроны будут принимать
21:14
антипараллельную магнитные моменты
21:17
соседних атомов будут направлены в
21:19
противоположную сторону такую ориентацию
21:22
называют анти-феромагнитной а
21:24
соответствующие вещества антиферы
21:26
магнетиками в некотором смысле
21:28
антиферромагнетики будут вести себя как
21:30
два магнита противоположной полярности
21:31
как бы вложенные один в другой Хотя
21:34
каждый их атом в отдельности обладает
21:37
магнитными а точнее пара магнитными
21:39
свойствами вещество в целом будет
21:41
практически Магнит на нейтральным если
21:44
расстояние между атомами решетки будут
21:47
увеличиваться то энергетически окажутся
21:49
выгодной уже не антипараллельное а
21:51
Параллельная ориентация и мы получим
21:54
ферромагнетик Если же расстояние
21:56
увеличить еще сильнее то взаимодействие
21:58
между электронами разных атомов окажется
22:00
слишком слабым оно не будет больше
22:03
упорядочивать расположение атомарных
22:04
магнитов и мы получим парамагнетик со
22:07
случайной ориентацией магнитных моментов
22:09
атомов Ну или молекул вне поля Именно
22:12
поэтому ферромагнетики встречаются в
22:14
природе достаточно редко ведь для того
22:17
чтобы материал Сталкера магнетиком у
22:19
него должно быть во-первых достаточно
22:20
много неспаренных электронов во вторых
22:22
концентрация этих электронов должна быть
22:24
достаточно велика чтобы упорядочивающие
22:27
взаимодействие было достаточно сильным
22:29
но в то же время не слишком велика чтобы
22:32
вещество не стало антиферы магнетиком по
22:35
факту из чистых металлов
22:36
ферромагнетиками являются лишь железо
22:38
Никель и Кобальт а также гадалиний тогда
22:41
как соседние с ними хром или марганец с
22:44
более плотной упаковкой атомов в решетке
22:46
будут антиферы магнетиками как мы уже
22:49
говорили выше ферромагнетиков
22:51
взаимодействие между электронами в
22:53
разных форма атомах стремится развернуть
22:54
атомные магниты в одном направлении это
22:57
происходит Даже без приложения внешнего
22:59
Поля если мы представим себе что два
23:02
атома чисто случайно оказались
23:03
развернуты примерно в одном направлении
23:05
то эти атомы заставят сориентироваться в
23:08
том же направлении и соседние с ними
23:10
атомы вещество в целом начнет обладать
23:13
намагниченностью даже в отсутствии поля
23:16
правда если в другой части вещества
23:18
преобладающее ориентация атомов окажется
23:21
иной как чаще всего оно и бывает то
23:24
соседние с ними части металла на
23:26
магнитятся в другом направлении внутри
23:28
металла образуются так называемые домены
23:30
области той или иной преимущественной
23:33
ориентацией атомов которые будут
23:35
различные у разных доменов Именно из-за
23:38
этого ферромагнетики вне магнитного поля
23:40
все-таки обычно оказываются не
23:42
магнитными правда в реальности в земных
23:44
условиях добиться полного отсутствия
23:46
магнитных полей не так уж и просто Ведь
23:48
как минимум все реальные вещества
23:50
находятся в магнитном поле Земли поэтому
23:53
железо с низким содержанием примесей и
23:55
сильными ферромагнитными свойствами
23:56
практически всегда будет хоть немножко
23:59
Да намагничено мощная постоянные магниты
24:02
изготавливают помещая ферромагнетик во
24:05
внешнее магнитное поле оно ориентирует
24:07
атомарные магниты всех доменов в одном и
24:09
том же направлении и обретенная таким
24:11
образом намагниченность сохраняется и
24:14
после удаления материала из внешнего
24:16
магнитного поля благодаря ориентирующему
24:18
Электрон электронному обменному
24:20
взаимодействию Как и в пара магнетике
24:22
атомы стремятся утратить эту ориентацию
24:25
из-за теплового движения Однако при
24:27
небольших температурах кинетической
24:29
энергии теплового движения для этого
24:31
оказывается недостаточно ситуация
24:34
меняется если материал нагреть в этом
24:36
случае энергия теплового движения
24:37
вырастет и ориентация разрушится по сути
24:40
ферромагнетик превратится в пара
24:43
магнетик температуру при которой это
24:45
происходит называют температурой Кюри и
24:47
для железа к примеру она составляет 767
24:49
градусов по Цельсию То есть если вы
24:52
хотите размагни имеющиеся у вас
24:54
постоянный магнит то самым простым
24:56
способом будет нагреть его это
24:58
Разумеется лишь крайне упрощенное
25:00
описание механизма посредством которого
25:03
материалы обретают ферромагнитные
25:04
свойства в реальности все гораздо
25:06
сложнее особенно когда речь идет не о
25:09
чистых веществах а химических
25:10
соединениях молекулы которых состоят из
25:13
атомов различного рода либо а сплавах в
25:16
которых разнородные атомы объединены в
25:19
единую кристаллическую решетку например
25:21
очень популярное сегодня неодимовые
25:24
магниты состоят из сплава собственно
25:26
неодима который сам по себе является
25:28
пара магнетиком а также Бора и железа
25:32
также весьма популярным материалом для
25:34
изготовления магнитов является так
25:36
называемый сплав Аль Ника состоящий из
25:39
железа алюминия никеля и Кобальта таким
25:42
образом постоянные магниты являются
25:44
своего рода аккумуляторами магнитного
25:46
поля и способность к накоплению
25:48
магнитной энергии они обретают благодаря
25:50
особым свойствам своих атомов и кри в
25:53
этих решеток в которые эти атомы
25:55
объединяются Как видите ответ на
25:58
достаточно Детский вопрос о том Почему
25:59
постоянные магниты магнитят Причем
26:02
магнитят разные вещества по-разному
26:03
оказался далеко не таким уж простым даже
26:07
в самой примитивной форме ответ на него
26:09
потребовал от нас знаний в области
26:10
электромагнетизма теории относительности
26:12
атомной физики квантовой механики химии
26:16
кристаллографии термодинамики и многого
26:18
другого в реальности же все еще сложнее
26:21
и интереснее но изучением этих вещей
26:23
занимается отдельная специфическая
26:26
дисциплина известная как физика
26:28
конденсированного состояния которую
26:29
преподают даже не во всех вузах или по
26:31
крайней мере не на всех кафедрах и
26:33
специальностях мы же с вами на этом
26:35
канале проводим нечто вроде обзорной
26:38
экскурсии по зданию современной
26:39
физической науки Так что на столь узкой
26:41
теме глубоко зацикливаться не будем Тем
26:44
более что впереди нас ждет еще немало
26:46
поразительных достопримечательностей
26:47
здания которые мы осматриваем по
26:49
традиции в завершение видео Я хочу
26:51
поблагодарить спонсоров канала здесь в
26:53
Ютубе а также на патреоне busty или на
26:55
моем канале в Telegram ссылки на которые
26:57
я оставлю в описании друзья ваша
27:00
поддержка позволяет мне делать то что я
27:02
делаю и я надеюсь что в будущем
27:04
Благодаря вам я смогу это делать больше
27:06
И главное лучше