Tương tác từ tính của các vật thể là một trong những quá trình cơ bản chi phối mọi thứ trong Vũ trụ. Biểu hiện dễ thấy của nó là hiện tượng nhiễm từ. Trong số đó có các cực quang, sức hút của nam châm, bão từ,… Chúng phát sinh như thế nào? Chúng là gì?
Từ tính
Các hiện tượng và tính chất từ được gọi chung là từ tính. Sự tồn tại của họ đã được biết đến trong một thời gian rất dài. Người ta cho rằng ngay từ bốn nghìn năm trước, người Trung Quốc đã sử dụng kiến thức này để tạo ra la bàn và điều hướng các chuyến đi biển. Việc tiến hành các thí nghiệm và nghiên cứu nghiêm túc về hiện tượng từ trường vật lý chỉ bắt đầu từ thế kỷ 19. Hans Oersted được coi là một trong những nhà nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực này.
Hiện tượng từ tính có thể xảy ra cả trong Không gian và Trái đất, và chỉ xuất hiện trong từ trường. Các trường như vậy sinh ra từ điện tích. Khi các điện tích đứng yên, một điện trường hình thành xung quanh chúng. Khi chúng chuyển động - một từ trường.
Đó là, hiện tượng từ trường xảy ra với sự xuất hiện củadòng điện hoặc điện trường xoay chiều. Đây là vùng không gian trong đó lực tác động lên nam châm và vật dẫn từ. Nó có hướng riêng và giảm dần khi di chuyển ra xa nguồn - vật dẫn.
Nam châm
Một vật xung quanh có từ trường được hình thành được gọi là nam châm. Nhỏ nhất trong số đó là electron. Lực hút của nam châm là hiện tượng từ trường vật lý nổi tiếng nhất: nếu bạn gắn hai nam châm vào nhau, chúng sẽ hút hoặc đẩy nhau. Đó là tất cả về vị trí của họ so với nhau. Mỗi nam châm có hai cực: Bắc và Nam.
Các cực cùng tên đẩy nhau, trong khi các cực trái dấu, ngược lại, hút nhau. Nếu bạn cắt nó ra làm đôi, các cực bắc và nam sẽ không tách rời nhau. Kết quả là, chúng ta sẽ nhận được hai nam châm, mỗi nam châm cũng sẽ có hai cực.
Có một số vật liệu có từ tính. Chúng bao gồm sắt, coban, niken, thép, v.v. Trong số đó có chất lỏng, hợp kim, hợp chất hóa học. Nếu nam châm được giữ gần nam châm, chúng sẽ tự trở thành một.
Các chất như sắt nguyên chất dễ dàng có được đặc tính này, nhưng cũng nhanh chóng tạm biệt nó. Những loại khác (chẳng hạn như thép) mất nhiều thời gian hơn để từ hóa nhưng vẫn giữ được tác dụng trong thời gian dài.
Từ hóa
Ở trên chúng ta đã xác định rằng một từ trường phát sinh khi các hạt mang điện chuyển động. Nhưng chúng ta có thể nói về loại chuyển động nào, ví dụ, trong một miếng sắt treo trên tủ lạnh? Tất cả cáccác chất được tạo thành từ các nguyên tử, chứa các hạt chuyển động.
Mỗi nguyên tử có từ trường riêng. Tuy nhiên, trong một số tài liệu, các trường này được định hướng ngẫu nhiên theo các hướng khác nhau. Bởi vì điều này, một trường lớn không được tạo ra xung quanh chúng. Những chất như vậy không có khả năng từ hóa.
Trong các vật liệu khác (sắt, coban, niken, thép), các nguyên tử có thể xếp thành hàng để tất cả chúng hướng theo cùng một phương. Kết quả là, một từ trường chung được hình thành xung quanh chúng và cơ thể bị nhiễm từ.
Hóa ra từ hóa của một vật thể là thứ tự của các trường nguyên tử của nó. Để phá vỡ trật tự này, bạn chỉ cần dùng búa đập mạnh vào nó là đủ. Các trường của nguyên tử sẽ bắt đầu chuyển động hỗn loạn và mất tính chất từ tính. Điều tương tự cũng sẽ xảy ra nếu vật liệu được làm nóng.
Cảm ứng từ
Hiện tượng từ trường gắn liền với các điện tích chuyển động. Vì vậy, xung quanh vật dẫn có dòng điện thì chắc chắn sẽ sinh ra từ trường. Nhưng nó có thể là cách khác xung quanh? Nhà vật lý người Anh Michael Faraday đã từng đặt câu hỏi này và phát hiện ra hiện tượng cảm ứng từ.
Ông ấy kết luận rằng một trường không đổi không thể tạo ra dòng điện, nhưng một biến trở thì có thể. Dòng điện xuất hiện trong một mạch kín của từ trường và được gọi là cảm ứng. Trong trường hợp này, sức điện động sẽ thay đổi tỷ lệ với sự thay đổi tốc độ của trường xuyên qua mạch.
Phát hiện củaFaraday là một bước đột phá thực sự và mang lại lợi ích đáng kể cho các nhà sản xuất điện. Nhờ anh ta, nó có thể nhận được dòng điện từ năng lượng cơ học. Định luật do nhà khoa học suy ra đã được áp dụng vàđược sử dụng trong thiết bị của động cơ điện, máy phát điện khác nhau, máy biến áp, v.v.
Từ trường của Trái đất
Sao Mộc, Sao Hải Vương, Sao Thổ và Sao Thiên Vương có từ trường. Hành tinh của chúng ta cũng không ngoại lệ. Trong cuộc sống đời thường, chúng ta hầu như không nhận thấy điều đó. Nó không hữu hình, không có mùi vị. Nhưng với ông, các hiện tượng từ tính trong tự nhiên được liên kết với nhau. Chẳng hạn như cực quang, bão từ hoặc từ trường ở động vật.
Về cơ bản, Trái đất là một nam châm khổng lồ, nhưng không mạnh, có hai cực không trùng với các cực địa lý. Các đường sức từ rời khỏi cực Nam của hành tinh và đi vào phía Bắc. Điều này có nghĩa là trên thực tế, cực Nam của Trái đất là cực bắc của nam châm (do đó tại sao ở phương Tây, cực nam được biểu thị bằng màu xanh lam - S, và màu đỏ biểu thị cực bắc - N).
Từ trường kéo dài hàng trăm km tính từ bề mặt của hành tinh. Nó đóng vai trò như một mái vòm vô hình phản chiếu bức xạ thiên hà và mặt trời mạnh mẽ. Trong quá trình va chạm của các hạt bức xạ với vỏ Trái đất, nhiều hiện tượng từ trường được hình thành. Hãy cùng nhìn lại những người nổi tiếng nhất trong số họ.
Bão từ
Mặt trời có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hành tinh của chúng ta. Nó không chỉ cung cấp cho chúng ta nhiệt và ánh sáng, mà còn gây ra các hiện tượng từ trường khó chịu như bão. Sự xuất hiện của chúng có liên quan đến sự gia tăng hoạt động mặt trời và các quá trình xảy ra bên trong ngôi sao này.
Trái đất liên tục bị ảnh hưởng bởi dòng chảy của các hạt ion hóa từ Mặt trời. Họ di chuyển vớitốc độ 300-1200 km / s và được đặc trưng như gió mặt trời. Nhưng theo thời gian, sự phóng ra đột ngột của một số lượng lớn các hạt này xảy ra trên một ngôi sao. Chúng hoạt động giống như những cú sốc đối với vỏ trái đất và làm cho từ trường dao động.
Những cơn bão như vậy thường kéo dài đến ba ngày. Vào thời điểm này, một số cư dân trên hành tinh của chúng ta cảm thấy không khỏe. Những rung động của vỏ được phản ánh khiến chúng ta đau đầu, tăng áp lực và suy nhược. Trong cuộc đời, trung bình một người trải qua 2.000 cơn bão.
Đèn phương Bắc
Ngoài ra còn có những hiện tượng từ tính dễ chịu hơn trong tự nhiên - ánh sáng phương Bắc hoặc cực quang. Nó biểu hiện dưới dạng bầu trời phát sáng với màu sắc thay đổi nhanh chóng, và chủ yếu xảy ra ở các vĩ độ cao (67-70 °). Với hoạt động mạnh mẽ của Mặt trời, sự rạng rỡ được quan sát thấy thậm chí còn thấp hơn.
Khoảng 64 km trên các cực, các hạt mặt trời tích điện gặp vùng xa của từ trường. Tại đây, một số trong số chúng hướng đến các cực từ của Trái đất, nơi chúng tương tác với các chất khí của khí quyển, đó là lý do tại sao cực quang xuất hiện.
Quang phổ của ánh sáng phụ thuộc vào thành phần của không khí và độ hiếm của nó. Ánh sáng đỏ xuất hiện ở độ cao từ 150 đến 400 km. Màu xanh lam và xanh lá cây có liên quan đến hàm lượng oxy và nitơ cao. Chúng xuất hiện ở độ cao 100 km.
Magnitoreception
Khoa học chính nghiên cứu các hiện tượng từ là vật lý học. Tuy nhiên, một số trong số chúng cũng có thể liên quan đến sinh học. Ví dụ, độ nhạy từ trường sốngsinh vật - khả năng nhận biết từ trường của Trái đất.
Nhiều loài động vật, đặc biệt là các loài di cư, có món quà độc đáo này. Khả năng thu nhận từ trường được tìm thấy ở dơi, chim bồ câu, rùa, mèo, hươu, nai, một số vi khuẩn, v.v. Nó giúp động vật định hướng trong không gian và tìm thấy nhà của chúng, di chuyển khỏi nó hàng chục km.
Nếu một người sử dụng la bàn để định hướng, thì động vật sử dụng các công cụ hoàn toàn tự nhiên. Các nhà khoa học vẫn chưa thể xác định chính xác cách thức và lý do tại sao từ trường hoạt động. Nhưng người ta biết rằng chim bồ câu có thể tìm thấy nhà của chúng ngay cả khi chúng bị bắt cách xa nó hàng trăm km, trong khi đóng con chim trong một chiếc hộp tối hoàn toàn. Rùa tìm thấy nơi sinh của chúng thậm chí nhiều năm sau đó.
Nhờ "siêu năng lực" của mình, các loài động vật có thể đoán trước được các vụ phun trào núi lửa, động đất, bão và các trận đại hồng thủy khác. Chúng nhạy cảm với sự dao động của từ trường, điều này làm tăng khả năng tự bảo quản.
