Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

Структуры оболочек ферромагнитных атомов таковы, что все электроны, грубо

говоря, вращаются в одну сторону, создавая сильный суммирующий магнитный момент.

В неферромагнитных же атомах магнитные моменты электронов направлены в разные

стороны, что приводит к их взаимной компенсации.

В ненамагниченном ферромагнетике магнитный момент тела в целом равен нулю. Это

объясняется тем, что в ферромагнетиках все атомы делятся на группы — так

называемые домены. Каждый из доменов, видимый невооруженным глазом, содержит

миллиарды атомов, ориентированных в одном направлении, и, таким образом, имеет

солидный суммарный магнитный момент. Однако тело в целом магнитным моментом не

обладает, поскольку домены в теле расположены хаотично.

Помещая тело в магнитное поле, мы способствуем тому, что все домены постепенно

ориентируются в направлении внешнего магнитного поля и их магнитные свойства

суммируются. Сняв внешнее магнитное поле, получим новый магнит — ферромагнитное

тело, в котором все домены намагничены в одном направлении. Если мы хотим в

течение длительного времени сохранить магнитные свойства "рукотворного магнита",

нужно приложить усилия к тому, чтобы домены не вернулись к прежнему хаотическому

расположению. Для этого магнит не нужно трясти и нагревать.

Почему же намагниченные тела притягиваются? Теория утверждает, что всякая

система пытается принять такое положение, в котором ее энергия минимальна.

Почему камень падает на землю? Он падает на землю потому, что стремится занять

такое положение, в котором его потенциальная энергия будет минимальной. Другими

словами, камень стремится занять энергетически наиболее низкое положение и

поэтому падает.

Существуют громоздкие математические формулы, говорящие о том, что суммарная

энергия двух магнитов, касающихся один другого, меньше, чем энергия магнитов,

разнесенных на некоторое расстояние. Поскольку система должна занять

энергетически наиболее "низкое" положение, магниты притягиваются. То же самое

можно сказать о магните и куске железа.

Такое объяснение универсально и просто. Если оно вас удовлетворяет, можете

считать загадку магнита решенной.

Нужно отметить, однако, что поскольку современное объяснение магнетизма следует

из категорий квантовой физики, полная разгадка тайны магнита наступит тогда,

когда мы полностью поймем суть пока еще таинственных процессов, происходящих в

микромире.

Рукотворные магниты

В этой главе, начинающейся историей флюгера Оксфордского собора, говорится о тех

магнитах, которые сделаны людьми с помощью других магнитов.

Из железа изготовляют множество чрезвычайно полезных вещей. Так, англичанин

Вильям Гильберт четыре столетия назад писал:

"Иное железо пригодно для панцирей, иное против выстрелов метательных орудий,

иное против мечей и против стали кривых сабель (обычно называемой

"цементированной сталью"); одно служит для мечей, другое нужно для лошадиных

копыт. Из него делаются гвозди, крюки, задвижки, пилы, ключи, решетки, двери,

створки, лопаты, палочки, подпорки, рыболовные и прочие крючки, трезубцы,

горшки, треножники, наковальни, молоты, клинья, цепи, ручные и ножные оковы,

кирки, сечки, серпы, корзинки, заступы, мотыги, струги, грабли, сошники, вилы,

чаши, чашечки, ложечки, ложки, вертелы, ножи, кинжалы, мечи, секиры, копья,

дротики, пики, обоюдоострые мечи, якори и множество нужных для мореходства

предметов; кроме того, ядра, короткие копья, шины, панцири, шлемы, нагрудники,

конские подковы, ножи, проволоки, струны для музыкантов, кресла, опускные

решетки, луки, баллисты и гибельные для человеческого рода бомбарды, пули и

пушечные ядра и бесконечное множество неизвестных латинянам орудий".

К этому очень полному списку нужно, по-видимому, добавить, по крайней мере, еще

один важнейший пункт — из железа делают магниты.

Говорят, настоятель Оксфордского собора никак не мог взять в толк, что от него

хочет этот знаменитый Фарадей. Он пришел просить, чтобы ему отдали на

исследование железную палку флюгера собора.

— И зачем вам такая старая проржавевшая палка? Того и гляди, флюгер-петух

свалится с нее! Ведь она стоит на верхушке собора, наверное, уже лет триста!

— Вот и отлично, — так, надо полагать, ответил Фарадей, — нам как раз и нужна

эта заржавевшая развалина. Проследите, пожалуйста, только за тем, чтобы, пока ее

снимают и спускают вниз, не меняли бы ее вертикального положения!

Когда палку сняли и поставили вертикально во дворе собора, Фарадей с помощником

поднесли поочередно к ее верхнему и нижнему концам компас. Палка флюгера

оказалась слабым магнитом — ее нижний конец был южным полюсом, верхний —

северным.

Еще раньше, задолго до этих событий, Гильберт заметил, что все железные колонны,

стоящие вертикально в Ирландии, сами по себе становятся магнитами, причем нижний

их конец всегда южный.

Путешественники, побывавшие в Австралии, рассказывали, что там происходит то же

самое — железные колонны всегда становятся магнитами. Только южный полюс у них —

наверху.

Точно так же, расположив железный стержень в направлении север — юг, можно