Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока: лекция с элементами эвристической беседы.

Цели: 

• Познакомить учащихся с элементарной теорией магнетизма.

• Изучить механизм построения теории, области ее применимости и полезности на примере элементарной теории магнетизма.

•  Продолжить развитие умения наблюдать явления, анализировать увиденное и проводить сопоставление эксперимента с теорией.

Можно ли отделить северный магнитный полюс от южного наподобие того, как мы поступали с электрическими зарядами?

Почему в месте разреза снова возникают полюсы?

Можно представить, что магнит составлен из мельчайших «элементарных магнитиков», расположенных, как показано на фигуре. Полюсы соседних магнитиков взаимно нейтрализуют друг друга повсюду, кроме краев магнита.

Вопросы:

Почему это происходит?

К чему может привести такая «размазанность» полюсов?

Как это можно исправить?

 

В настоящее время мы объясняем природу магнитов с помощью предложенной Ампером гипотезы молекулярных электрических токов. Мы приписываем происхождение магнетизма атомным электронам, обладающим собственным вращением и движущимся по замкнутым орбитам в атомах. Такие замкнутые токи образуют магнитное поле, аналогичное полю витка с током, и, конечно, их невозможно разделить на отдельные «полюсы».

Однако удобнее рассматривать не отдельные молекулы, а довольно большие группы металлических кристаллов. Эти группы, получившие название «домены», выглядят очень маленькими, когда рассматриваешь их под микроскопом, но в сравнении с отдельными атомами они кажутся колоссальными скоплениями. Конечно, домены можно разделить на еще меньшие магнитики и постепенно дойти до отдельных атомов.

«Домены можно сравнить с человеческими нациями: мы всегда видим людей объединенными в нации,

но первичные единицы человечества — это всегда отдельные люди».

Фредерик Кеффер.

Это упрощенное схематическое изображение иллюстрирует механизм изменений, происходящих с доменами.

Весь металл внутри домена намагничивается только в одном направлении — обычно вдоль одной из главных кристаллических осей.

При намагничивании металла происходят следующие три типа изменений:

а) Некоторые домены увеличиваются в размере за счет соседних, добавляя в свой единый блок атомы из других блоков. Растут как раз те домены, которые были намагничены в направлении, близком к направлению намагничивающего поля. Если поле слабое, то эти изменения невелики и обратимы:

вся картина целиком восстанавливается при снятии поля (стадия 1)

Более сильные поля производят необратимые изменения границ доменов.

Удачно ориентированные домены вырастают в размерах еще больше, и мы получаем сильный магнит (стадия 2).

б) В сильном магнитном поле намагниченность доменов лишь приблизительно следует направлению поля.

Атомы домена, естественно, стараются выстроиться в наиболее удобном для них направлении. Однако приложенное  внешнее поле может оказаться не параллельным ни одной из кристаллических осей.

Тогда требуются очень большие поля, чтобы повернуть направления намагниченности удачно ориентированных доменов ближе к направлению магнитного поля (стадия 3).

в) В некоторых случаях отдельные домены могут внезапно перестраивать направление своей намагниченности от менее благоприятного к более благоприятному. Такой характер изменения менее прост, и требует более сложного подхода к теории.

Мы услышим быструю последовательность коротких щелчков, как раз таких какие можно было бы ожидать от бесчисленного множества доменных скачков.

 

С помощью теории прокомментируйте каждый из следующих вопросов. Ответы, где это возможно, дополните схемами.

1) Имеется ли предел намагниченности стального бруска?

2) «Полюсы» намагниченного бруска не расположены точно на его краях и не распределены точно по торцевой плоскости. Объясните, почему.

3) Нагревание магнита приводит к его размагничиванию. Объясните, по какой причине.

4) Удары молотком по магниту приводят к его размагничиванию. Дайте объяснение.

5) В некоторых условиях удары по стальному бруску могут намагнитить его, даже если молоток сделан из немагнитного материала. В каких условиях это возможно? Объясните.

6) Когда намагниченные бруски хранятся в коробке, их располагают таким образом, чтобы концы замыкались «башмаком». Могут ли эти «башмаки» действительно помочь сохранить магниты в намагниченном состоянии? Из какого материала они должны быть изготовлены?