Номер 7, страница 180 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

7. В книге французского естествоиспытателя Араго «Гром и молния» приведены примеры перемагничивания стрелки компаса и намагничивания стальных предметов действием молнии. Как можно объяснить эти явления?

Решение

Описанные явления — намагничивание стальных предметов и перемагничивание стрелки компаса — объясняются фундаментальным принципом электромагнетизма: электрический ток создает вокруг себя магнитное поле.

1. Молния как источник магнитного поля. Молния представляет собой мощнейший электрический разряд, то есть кратковременный электрический ток огромной силы (достигающий десятков и даже сотен тысяч ампер). Согласно закону Био-Савара-Лапласа, любой проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле. Для прямолинейного тока, которым можно приближенно считать канал молнии, индукция магнитного поля $B$ на расстоянии $r$ от проводника определяется формулой: $B = \frac{\mu_0 I}{2 \pi r}$, где $I$ — сила тока, а $\mu_0$ — магнитная постоянная. Из-за огромного значения тока $I$ в молнии, создаваемое ею магнитное поле вблизи канала разряда является очень сильным.

2. Намагничивание стальных предметов. Сталь является ферромагнетиком. В обычном состоянии магнитные домены (микроскопические области с однонаправленной намагниченностью) в стальном предмете ориентированы хаотично, и их магнитные поля взаимно компенсируют друг друга, поэтому предмет не является магнитом. Когда такой предмет попадает в сильное внешнее магнитное поле, созданное молнией, это поле ориентирует магнитные домены в одном направлении — вдоль силовых линий поля. Сталь относится к магнитно-жестким материалам, что означает, что после прекращения действия внешнего поля (после окончания разряда молнии) значительная часть доменов сохраняет приобретенную ориентацию. В результате предмет приобретает остаточную намагниченность и сам становится постоянным магнитом.

3. Перемагничивание стрелки компаса. Стрелка компаса — это уже готовый постоянный магнит, изготовленный из ферромагнитного материала. Ее собственное магнитное поле создается упорядоченным расположением магнитных доменов. Магнитное поле, генерируемое молнией, может быть во много раз сильнее не только магнитного поля Земли, на которое реагирует компас, но и коэрцитивной силы материала стрелки (напряженности поля, необходимой для размагничивания). Если это мощное поле направлено иначе, чем изначальная намагниченность стрелки, оно способно «пересилить» существующую структуру доменов и перестроить их в соответствии со своим направлением. После того как разряд молнии заканчивается, стрелка сохраняет эту новую намагниченность. В результате ее северный и южный полюсы могут поменяться местами или изменить свою ориентацию, то есть произойдет перемагничивание.

Таким образом, оба явления являются прямым следствием возникновения кратковременного, но чрезвычайно мощного магнитного поля вокруг канала молнии, которое воздействует на ферромагнитные материалы.

Ответ: Явления намагничивания и перемагничивания объясняются тем, что молния является очень сильным, хотя и кратковременным, электрическим током. Этот ток создает в окружающем пространстве мощное магнитное поле, которое способно упорядочить магнитные домены в ферромагнитных материалах (например, в стали), превращая их в постоянные магниты (намагничивание), или изменить уже существующую упорядоченную структуру доменов, как в случае со стрелкой компаса (перемагничивание).