Бесплатная техническая библиотека

С компасом через магнитные поля. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Теперь почти не осталось людей, которые с благодарностью пожмут вам руку за рассказ о том, что Земля круглая, приговаривая: "Спасибо, друг, всегда от тебя что-нибудь новенькое услышишь".

Но вот почему она вертится? Этот вопрос ставит в тупик не только школьника. Их ученые отцы тоже становятся задумчивыми, когда вечное вращение задает им это "почему". "Вероятно, магнетизм", - говорят они.

Итак, почему? Но... прежде о магнетизме вообще.

Электромагнитное поле из гвоздя и напильника

С помощью напильника или даже простого гвоздя можно. получить хорошо заметные магнитные поля. Достаточно обмотать их изолированным проводом и пустить по нему ток. Электроток, пройдя через витки, создаст поле, а сердечник резко усилит его. Сам сердечник такого простейшего соленоида, будь то гвоздь или напильник, станет магнитом. Но вместе с тем сердечник-магнит, сделанный из гвоздя, будет иметь принципиальное отличие от магнита из напильника. Как вы думаете, в чем состоит это отличие?

Об этом будет рассказано ниже. Но если вы захотите сами найти разницу, то проделайте следующие опыты.

Вокруг обыкновенного гвоздя намотайте изолированный провод толщиной 0,1-0,4 мм. Присоедините один конец обмотки к батарейке карманного фонаря (рис. 1). Насыпьте на стол мелких гвоздиков. Поднесите шляпку гвоздя к мелким гвоздикам, затем присоедините второй конец обмотки к батарейке. Мелкие гвозди мгновенно прилипнут к шляпке гвоздя-сердечника. При выключении- батарейки гвоздики тут же упадут.

Рис. 1

Сделаем теперь искусственный магнит из напильника. На наждачном круге сточите насечку с плоскостей напильника, отрежьте от него необходимую полоску. Затем полоску нужно тереть от центра к концам - противоположными полюсами магнитов. Жесткую стальную полоску можно искусственно намагнитить и по-другому - при помощи постоянного электрического тока. Намотайте на стальную пластину провод с хорошей изоляцией, а затем на несколько секунд включите через реостат обмотку.

Теперь разница между намагниченным гвоздем и напильником станет очевидной. В первом случае сердечник обладает магнитными свойствами только во время прохождения тока (по виткам), во втором случае получается постоянный магнит. Напильник в отличие от гвоздя будет обладать остаточным магнетизмом.

Причина кроется в большой твердости материала напильника. В твердой стальной пластине атомы, из которых она состоит, ориентированы очень "прочно". Поэтому они лучше сохраняют и магнитные свойства.

Перерезав магнит пополам, мы получим два одинаковых магнита с различными полюсами. Повторив эту операцию, мы опять получим магниты с различными полюсами. Если бы мы разрезали магнит на микроскопические частицы, каждая из этих частиц все равно имела бы два полюса: северный (положительный) и южный (отрицательный).

Этот факт приводит к выводу, что полюса магнита не существуют раздельно, подобно тому как существуют отрицательные (электроны) и положительные (протоны) электрически заряженные частицы. Однако можно изготовить магнит с одинаковыми полюсами по концам. Следует только натирать стальную пластину одинаковыми полюсами, например северными, ведя их от середины к концам. Тогда атомы расположатся в структуре пластины так, что северные полюса направятся в одну сторону, а южные - в другую.

Магнитная стрелка располагается вдоль магнитных силовых линий. Конфигурацию линий магнитного поля легко запечатлеть с помощью железных опилок. Положив стекло с металлическими опилками на полосовой магнит, слегка постучите по стеклу. Каждая намагниченная частица железа будет представлять собой маленькую магнитную стрелочку. Протянувшись по силовым линиям поля, они и выявят его конфигурацию.

Во время встряхивании большая часть опилок переберется к полюсам. Экваториальная же часть поля поредеет. Но вот электрически заряженные частицы ведут себя совершенно по-другому.

Если бы отрицательно и положительно заряженные частицы можно было насыпать, как опилки, на стекло, то заряженные частицы оттолкнулись бы от полюсов и сосредоточились в экваториальной зоне магнитного поля - в виде кольца. Но как же все это увидеть?

Самодельные галактики

Пучки заряженных частиц, в частности электронов (бета-частиц), получают в бетатронах. В них электроны разгоняются почти до световых скоростей, а сами приборы весят тонны, а иногда и сотни тонн. И все же почти каждый из нас в состоянии провести опыт с электронным пучком при помощи обыкновенных телевизоров. Ведь в трубке телевизора именно электроны строчками ударяют по экрану кинескопа, вызывая свечение.

Возьмите постоянный магнит посильней, поднесите его полюс к экрану. Изображение на экране превратится в спираль, напоминающую галактику. Если изображение скрутится вправо, то это значит, что к экрану поднесен северный полюс магнита. Южный полюс магнита образует спираль, скрученную влево.

При приближении магнита к экрану против него появится темное кольцо (если магнит цилиндрический), а в самом центре останется светлая точка, через которую поток электронов продолжает идти к полюсу. Темное пятно показывает, что магнитные полюса отталкивают электроны, направляют их к экватору магнитного поля и по орбите вокруг магнита.

Электроны отталкиваются северным и южным полюсами. Поэтому они сосредоточиваются в экваториальной плоскости магнитного поля в виде довольно плоского кольца, наподобие колец планеты Сатурн.

Рис. 2

Взяв правой рукой магнит за конец северного полюса, поднесите его всей плоскостью горизонтально к экрану. Изображение на экране изогнется дугой - вверх над экватором магнитного поля. Переверните магнит южным полюсом вправо - изображение на экране прогнется вниз.

Из этих опытов видно, что электроны вращаются в магнитном поле по орбите против часовой стрелки, если смотреть на магнит с северного полюса. Если мы имеем дело с положительно заряженными частицами, то они, отталкиваясь от полюсов магнита, направились бы в сторону, противоположную направлению электронов по орбите.

А что будет, если магнит поставить на подшипники и облучить довольно мощным потоком электронов? Вероятно, магнит начнет вращаться: в потоке электронов - по часовой стрелке, в потоке протонов - против часовой стрелки. Направление вращения магнита будет противоположно направлению закручивания заряженных частиц.

А теперь вспомним, что Земля наша - огромный магнит, что из космоса на нее падает поток протонов. Теперь понятно, почему мы долго говорили о магнетизме, прежде чем перейти к обещанному объяснению вращения нашей планеты.

В одном хороводе

Английский ученый В. Гельберт считал, что Земля состоит из магнитного камня. Позднее решили, что Земля намагнитилась от Солнца. Расчеты опровергли эти гипотезы.

Пытались объяснить магнетизм Земли течениями масс в ее жидком металлическом ядре. Однако эта гипотеза сама опирается на гипотезу жидкого ядра Земли. Многие ученые считают, что ядро твердое и отнюдь не железное.

В 1891 году английский ученый Шустер, очевидно впервые, пытался объяснить магнетизм Земли ее вращением вокруг оси. Много труда этой гипотезе отдал известный физик П. Н. Лебедев. Он предполагал, что под влиянием центробежной силы электроны в атомах смещаются в сторону поверхности Земли. От этого поверхность должна быть отрицательно заряженной, это и вызывает магнетизм. Но опыты с вращением кольца до 35 тыс. оборотов в минуту гипотезу не подтвердили - магнетизм в кольце не появился.

В 1947 году П. Блекет (Англия) высказал предположение, что присутствие магнитного поля у вращающихся тел - неизвестный закон природы. Блекет попытался установить зависимость магнитного поля от скорости вращения тела.

В то время были известны данные о скорости вращения и магнитных полях трех небесных тел - Земли, Солнца и Белого Карлика - звезды Е78 из созвездия Девы.

Магнитное поле тела характеризуется его магнитным моментом, вращение тела - угловым моментом (при учете размеров и массы тела). Давно известно, что магнитные моменты Земли и Солнца относятся друг к другу таи же, как их угловые моменты. Звезда Е78 соблюдала эту пропорциональность! Отсюда стало очевидным, что существует прямая связь вращения небесных тел с их магнитным полем.

Рис. 3

Складывалось впечатление, что все же именно вращение тел вызывает магнитное поле. Блекет пытался экспериментально доказать существование предложенного им закона. Для опыта был изготовлен золотой цилиндр весом в 20 кг. Но тончайшие опыты с упомянутым цилиндром ничего не дали. Немагнитный золотой цилиндр не показал и признаков магнитного поля.

Теперь установлены магнитный и угловой моменты у Юпитера, а также предварительно у Венеры. И снова их магнитные поля, разделенные на угловые моменты, получаются близкими к числу Блекета. После такого совпадения коэффициентов трудно приписать дело случаю.

Так что же - вращение Земли возбуждает магнитное поле, или магнитное поле Земли вызывает ее вращение? Почему-то всегда ученые считали, что вращение присуще Земле с момента ее образования. Так ли это? А может быть, не так! Аналогия с нашим "телевизионным" опытом ставит вопрос: не потому ли Земля вращается вокруг своей оси, что она, как большой магнит, находится в потоке заряженных частиц? Поток состоит в основном из ядер водорода (протонов), гелия (альфа-частицы). Электронов в "солнечном ветре" не наблюдается, они, вероятно, образуются в магнитных ловушках в момент столкновений корпускул и рождаются каскадами в зонах магнитного поля Земли.

Земля - электромагит

Связь магнитных свойств Земли с ее ядром теперь вполне очевидна. Расчеты ученых показывают, что Луна не имеет текучего ядра, поэтому не должна иметь и магнитного поля. И действительно, измерения при помощи космических ракет показали, что Луна не имеет вокруг себя заметного магнитного поля.

Интересные данные получены в результате наблюдений земных токов в Арктике и Антарктиде. Интенсивность земных электротоков там очень велика. Она в десятки и сотни раз превышает интенсивность в средних широтах. Этот факт свидетельствует о том, что приток электронов из колец магнитных ловушек Земли усиленно поступает в Землю через полярные шапки в зонах магнитных полюсов, как в нашем опыте с телевизором.

В момент усиления солнечной активности усиливаются и земные электротоки. Теперь, вероятно, можно считать установленным, что электротоки в Земле вызываются течениями масс ядра Земли и притоков в Землю электронов из космоса, главным образом из ее радиационных колец.

Итак, электротоки вызывают магнитное поле Земли, а магнитное поле Земли, в свою очередь, очевидно, заставляет вращаться нашу Землю. Нетрудно догадаться, что скорость вращения Земли будет зависеть от соотношения отрицательно и положительно заряженных частиц, захваченных ее магнитным полем извне, а также рожденных в пределах магнитного поля Земли.

Автор: И.Кириллов

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Цунами

▪ Десятитысячные доли градуса из бутылки

▪ Вызови тучу

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Новый рекорд скорости для электрокаров 07.07.2013 Новый мировой рекорд скорости среди электромобилей поставила компания Drayson Racing Technologies. Ее творение под именем Lola B12 69/EV развило скорость свыше 200 миль в час - это около 328 км/час. Отметим, предыдущий рекорд был установлен в 1974 году и составил 175 миль в час (281 км/ч). Одним из ключей к успеху стало уменьшение веса электромобиля. Разработчики использовали легкий комплект батарей мощностью 850 лошадиных сил. Рама аппарата выполнена из углеродных волокон. За рулем электромобиля во время установления рекорда находился исполнительный директор компании Drayson Racing Technologies Лорд Дрэйсон (Lord Drayson).

Другие интересные новости:

▪ Препарат для стимуляции роста новых зубов

▪ Электрический школьный автобус

▪ Релиз iPhone SDH состоялся

▪ 60 и 75-вольтовые MOSFET-транзисторы для цепей синхронного выпрямления

▪ Ощущение боли оберегает роботов от повреждений

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Зарядные устройства, аккумуляторы, батарейки. Подборка статей

▪ статья Мы удалимся под сень струй. Крылатое выражение

▪ статья Как макаки могут совместно перемещать объекты силой мысли? Подробный ответ

▪ статья Оператор мотальной машины. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Термометр с матричными светодиодными индикаторами. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Простой способ проверки тиристоров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025