Вещества, притягивающиеся к магниту, называют парамагнетиками и
ферромагнетиками. Свойство притяжения в наибольшей степени присуще
ферромагнетикам, и в первую очередь железу, никелю и кобальту.
Причиной магнитных свойств единодушно считают вращение заряженных электронов
вокруг ядра атома и собственное вращение электрона вокруг оси (спин). Всякое
движение заряда — это электрический ток, а каждый ток создает магнитное поле.
Магнитные свойства атомов, так же как и все их свойства, находят отражение в
Периодической системе элементов Д.И.Менделеева. Изменению номера элемента в
таблице Менделева соответствует изменение структуры электронных оболочек атома.
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.
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