История магнетизма

1.

История
магнетизма
Выполнил студент группы Э 22-1
Куликов Артем

2.

Первооткрыватели понятия магнетизм
Магнетизм - Форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на
расстоянии посредством магнитного поля. Наряду с электричеством, магнетизм - одно из
проявлений электромагнитного взаимодействия. С точки зрения квантовой теории поля
электромагнитное взаимодействие переносится бозоном - фотоном.
Магнетизм изучается с давних времен, а за последние два столетия стал основой современной
цивилизации.
Первое в Европе описание свойств природных магнитов сделал
француз Пьер де Марикур. В 1269 году он служил в армии
короля Сицилии Карла Анжуйского, осадившей итальянский город
Лусеру. Оттуда он и отправил приятелю в Пикардию документ,
который вошел в историю науки как «Письмо о магните»
(Epistola de Magnete), где рассказал о своих опытах с
магнитным железняком. Марикур заметил, что в каждом куске
магнетита имеются две области, особенно сильно притягивающие
железо. Он усмотрел параллель между этими зонами и полюсами
небесной сферы и позаимствовал их названия для областей максимума магнитной силы —
поэтому мы теперь и говорим о северном и южном магнитных полюсах. Если разбить кусок
магнетита надвое, пишет Марикур, в каждом осколке появляются собственные полюса. Марикур
не только подтвердил, что между кусками магнетита возникает как притяжение, так и
отталкивание (это уже было известно), но впервые связал этот эффект с взаимодействием
между разноименными (северным и южным) либо одноименными полюсами.

3.

Многие историки науки считают Марикура бесспорным
пионером европейской экспериментальной науки. Во всяком
случае, его заметки о магнетизме ходили в десятках
списков, а после появления книгопечатания издавались
отдельной брошюрой.Этот труд был хорошо известен и
английскому естествоиспытателю и врачу (лейб-медику
королевы Елизаветы и ее преемника Якова I) Уильяму
Гильберту, который в 1600 году опубликовал (как
положено, на латыни)
замечательный труд «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле». В этой книге
Гильберт не только привел практически все известные сведения о свойствах природных
магнитов и намагниченного железа, но и описал собственные опыты с шаром из магнетита, с
помощью которых он воспроизвел основные черты земного магнетизма. Например, он
обнаружил, что на обоих магнитных полюсах такой «маленькой Земли» (по латыни terrella)
компасная стрелка устанавливается перпендикулярно ее поверхности, на экваторе —
параллельно, а на средних широтах — в промежуточном положении. Так Гильберт смоделировал
магнитное наклонение, о существовании которого в Европе знали более полувека (в 1544
году это явление впервые описал нюрнбергский механик Георг Хартман).

4.

От Копенгагена до парижа
Все читали сказки и истории Ганса Христиана Андерсена, но
мало кто знает, что когда будущий автор «Голого короля» и
«Дюймовочки» четырнадцатилетним подростком добрался до
Копенгагена, он обрел друга и покровителя в лице своего
двойного тезки, ординарного профессора физики и химии
Копенгагенского университета Ганса Христиана Эрстеда. И оба
прославили свою страну на весь мир.
Эрстед с 1813 года вполне сознательно пытался установить связь между электричеством и магнетизмом (он был приверженцем
великого философа Иммануила Канта,
полагавшего, что все природные силы обладают внутренним единством). В качестве индикаторов Эрстед использовал компасы,
но долгое время безрезультатно.Весной 1820 года во время лекции Эрстед протянул провод параллельно стрелке (либо чтобы
посмотреть, что из этого получится, либо у него появилась новая гипотеза — об этом историки физики спорят до сих пор).
И вот тут-то стрелка и качнулась — не слишком сильно (у Эрстеда была маломощная батарея), но все-таки заметно.Правда,
великое открытие тогда еще не состоялось. Эрстед почему-то прервал эксперименты на три месяца и вернулся к ним лишь в
июле. И вот тут-то он понял, что «магнитное воздействие электрического тока направлено по окружностям, охватывающим
этот ток». Это был парадоксальный вывод, ведь ранее вращающиеся силы не появлялись ни в механике, ни в какой-либо
другой ветви физики. Эрстед изложил свои выводы в статье и 21 июля отправил ее в несколько научных журналов. Потом он
больше электромагнетизмом не занимался, и эстафета перешла к другим ученым.4 сентября известный физик и математик
Доминик Араго рассказал об открытии Эрстеда на заседании Академии наук. Его коллега Андре-Мари Ампер решил заняться
магнитным действием токов и буквально на следующий день приступил к экспериментам. Первым делом он повторил и
подтвердил опыты Эрстеда, а в начале октября обнаружил, что параллельные проводники притягиваются, если токи текут
через них в одном и том же направлении, и отталкиваются — если в противоположных. Ампер изучил взаимодействие и между
непараллельными проводниками и представил его формулой (закон Ампера). Он показал также, что свернутые в спираль
проводники с током поворачиваются в магнитном поле, подобно стрелке компаса (и между делом изобрел соленоид — магнитную
катушку). Наконец, он выдвинул смелую гипотезу: внутри намагниченных материалов текут незатухающие микроскопические
параллельные круговые токи, которые и служат причиной их магнитного действия. Тогда же Био и Феликс Савар совместными
усилиями выявили математическую зависимость.

5.

Поначалу он почитал силовые линии удобным методом описания наблюдений, но со временем уверился в их физической
реальности (тем более что нашел способ наблюдать их с помощью рассыпанных между магнитами железных опилок). К концу
1830-х он четко осознал, что энергия, источником которой служат постоянные магниты и проводники под током,
распределена в пространстве, заполненном силовыми линиями. Фактически Фарадей уже мыслил в теоретико-полевых
терминах, в чем значительно опередил своих современников.
Но главное его открытие состояло в другом. В августе 1831 года Фарадей смог заставить магнетизм генерировать
электрический ток. Его прибор состоял из железного кольца с двумя противоположными обмотками. Одну из спиралей можно
было замкнуть на электрическую батарею, другая соединялась с проводником, расположенным над магнитным компасом.
Стрелка не меняла положения, если по первой катушке шел постоянный ток, но качалась во время его включения и
выключения. Фарадей понял, что в это время во второй обмотке возникали электрические импульсы, обусловленные
возникновением или исчезновением магнитных силовых линий. Иначе говоря, он открыл, что причиной электродвижущей силы
служат изменения магнитного поля. Этот эффект обнаружил также американский физик Джозеф Генри, но он опубликовал свои
результаты позднее, чем Фарадей, и не сделал столь серьезных теоретических выводов.
К концу жизни Фарадей пришел к заключению, что новые знания об электромагнетизме нуждаются в математическом
оформлении. Он решил, что эта задача придется по плечу Джеймсу Клерку Максвеллу, молодому профессору Маришал-колледжа
в шотландском городе Абердине, о чем ему и написал в ноябре 1857 года. И Максвелл действительно объединил все
тогдашние знания об электромагнетизме в единую теорию. Эта работа была в основном выполнена в первой половине 1860-х
годов. Понятие электромагнитного поля впервые появилось в 1864 году в мемуаре, представленном Лондонскому
Королевскому обществу. Максвелл ввел этот термин для обозначения «той части пространства, которая содержит и окружает
тела, пребывающие в электрическом или магнитном состоянии», причем специально подчеркнул, что это пространство может
быть как пустым, так и заполненным любым видом материи.
Главным итогом трудов Максвелла стала система уравнений, связывающих между собой электромагнитные явления. В
опубликованном в 1873 году «Трактате об электричестве и магнетизме» он назвал их общими уравнениями электромагнитного
поля, а сегодня они зовутся уравнениями Максвелла. Позднее их не раз обобщали, а также переписывали с использованием
все более совершенного математического формализма. Максвелл показал также, что эти уравнения допускают решения,
включающие незатухающие поперечные волны, частным случаем которых является видимый свет.Теория Максвелла представила
магнетизм как особого рода взаимодействие между электрическими токами. Квантовая физика XX века добавила к этой
картине всего два новых момента. Теперь мы знаем, что электромагнитные взаимодействия переносятся фотонами и что
электроны и многие другие элементарные частицы обладают собственными магнитными моментами. На этом фундаменте
построены все экспериментальные и теоретические работы в области магнетизма.

6.

Применение магнетизма
Универсальность магнетизма открыла широкие широкие возможности для его применения в науке и технике. Во-первых,
это использование магнитных материалов для различных отраслей техники (энергетики, электроники, автоматики и т.
д.). Во-вторых, используя информационный аспект магнетизма и измеряя магнитные характеристики, можно получить
детальные
сведения
о
физических
свойствах
веществ
и
их
химическом
составе.
Использование методов и средств магнитных измерений положено в основу широко применяемых в технике методов
структурного анализа, магнитной дефектоскопии и дефектометрии — важнейших неразрушающих методов контроля качества
промышленной
продукции.
Непрерывно
растет
производство
конструкционных
и
электротехнических
сталей,
низкокоэрцитивных
сплавов
со
специальными свойствами (безгистерезисных, с прямоугольной петлей
гестерезиса
и
др.),
выоококоэрцитивных
магнитных
материалов.
Увеличивается применение миниатюрных магнитных сердечников и
систем, энергоемких постоянных магнитов и магнитных пленок. Сейчас
трудно найти отрасль техники, в которой не использовались бы
магнитные системы, в том числе системы с постоянными магнитами.
В связи с этим контроль качества магнитных материалов и изделий из
них,
измерение
параметров
магнитных
полей
и
исследование
ферромагнитных материалов и магнитных систем в лабораторных
условиях
и
производстве
становятся
важной
задачей.
В последние годы достигнуты значительные результаты в создании автоматической магнитоизмерительной аппаратуры.
Применение унифицированных блоков, узлов и микропроцессоров, серийно выпускаемых промышленностью, значительно
ускоряет процесс создания магнито-измерительных систем и комплексов, обеспечивающих автоматическое управление
процессом перемагничивания, измерение и обработку результатов с высокой точностью и производительностью.

7.

Так, магнетизм применяется в:
Компасы
Генераторы
Индукционные плиты
МРТ сканеры
Маглевы поезда
Реле
Магниты для игрушек
Лампы
Свалки
Трансформаторы
Электродвигатели
Динамики
Холодильники
Hyperloop
Компьютеры
Микроволновая печи
Автомобили
Поезда
Накопители на жестком
диске
Наушники
Шитье
Магниты на
холодильник
Компьютерные экраны

8.

Спасибо за внимание!!!