Хотя люди знали о свойствах магнитов в течение значительного периода времени, некоторые аспекты магнитов остаются интригующими. Общеизвестно, что магниты притягивают металлические предметы и имеют два полюса. Примером магнита является подковообразный магнит, который изготовлен из алнико, сплава железа, алюминия, никеля и кобальта, а также стали. Подковообразная форма магнитов сближает полюса, создавая мощное магнитное поле, которое можно использовать для подъема больших железных кусков. Однако есть один вопрос, с которым могут столкнуться и дети, и взрослые: что происходит, когда магнит делится на части и почему?
Однако ученые уже давно нашли ответ на этот конкретный вопрос. Итак, что же такое магнит? Магнит можно описать как объект, обладающий собственным магнитным полем. Существует три типа магнитов: постоянные, временные и электромагниты. Электромагниты генерируют магнитное поле и проявляют магнитоподобные свойства только тогда, когда через них проходит электрический ток. Временные же магниты приобретают магнитные свойства исключительно при наличии сильного магнитного поля. Между тем, к постоянным магнитам относятся материалы, сохраняющие остаточную намагниченность даже после отключения от внешнего магнитного поля, а также природные минералы, такие как магнетит.
Легенда гласит, что магнетит получил свое название от греческого пастуха Магнуса, который обнаружил, что своеобразный черный камень обладает способностью притягивать к себе его металлические сандалии с гвоздями. Другая версия происхождения названия состоит в том, что минерал был назван в честь города, где он был первоначально обнаружен, — Магнезия. Научные исследования магнитов начались в 13 веке, когда французский физик Питер Перегин исследовал магнит и задокументировал свои открытия в «Книге Магнита». Он открыл наличие двух полюсов внутри магнита и невозможность разделить их, разломав магнит. Так, еще в 1269 году было известно, что магнит нельзя разделить на два независимых полюса. Остается вопрос: как объяснить это явление?
Чтобы понять, почему каждый магнит постоянно имеет два полюса, нужно сначала понять магнитную природу материалов и причины, по которым некоторые из них являются магнитными, а другие — нет. Все материалы в основном состоят из атомов, а вокруг их ядер вращаются электроны. Эти вращающиеся электроны, подобно волчкам, генерируют вокруг себя крошечные магнитные поля, эффективно функционируя как микромагниты. Одновременно орбита электрона вокруг атома генерирует магнитное поле, придающее магнитные свойства каждому атому.
Однако различные материалы, такие как стекло и резина, содержат атомы со случайно ориентированными магнитными полями, что приводит к отмене магнитных свойств. Следовательно, эти объекты не могут быть магнитно притянуты. С другой стороны, некоторые металлы организуют свои атомы в домены, которые представляют собой группы атомов, магнитные поля которых ориентированы в определенном направлении. Таким образом, домен служит миниатюрной моделью магнита, обладающей его магнитными преимуществами.
В отсутствие магнитного поля домены в таких металлических объектах направлены в разные стороны, эффективно нейтрализуя друг друга. Однако после выравнивания их в одном направлении материал начинает проявлять магнитоподобное поведение. Природные магниты структурированы таким образом, что магнитные поля атомов остаются систематически упорядоченными, при этом все домены ориентированы в одном направлении. Магнитное поле каждого домена ориентировано с севера на юг, что приводит к созданию двух полюсов внутри большего магнита. Даже если магнит разделен, меньшие магниты внутри него, состоящие из отдельных доменов, продолжат сохранять свое направление и полюса.
Следовательно, независимо от степени разделения, магнит всегда будет состоять из меньших магнитов, каждый из которых имеет два полюса. Другими словами, микротоки внутри как большей, так и меньшей частей магнита упорно сохраняют свое направление и при разделении образуют новые магниты.