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:

▪ Солнце красное взойдет

▪ Электромотор из скрепок

▪ Астрономические приборы Николая Коперника

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Счастье от альтруизма недолговечно 18.03.2020 Считается, что альтруизм делает нас счастливыми, и в подтверждение тому есть ряд психологических исследований. Например, если человек часто кому-то помогает, у него улучшается настроение, а при стрессе возникает меньше эмоционального "негатива". Также говорят, что альтруистичные поступки снижают кровяное давление и вообще полезны для здоровья. Однако сотрудники Университета Бонна и Гарвардского университета полагают, что со счастьем от альтруизма не все так просто: первоначальные "плюсы" от него могут обернуться "минусами". Исследователи пригласили около трех сотен студентов поучаствовать в двух лотереях: в одной были хорошие шансы выиграть 100 евро, в другой ты сам не выигрывал ничего, но зато мог подарить 350 евро фонду помощи больным туберкулезом. Участники эксперимента могли свободно выбрать, в какую лотерею они хотят сыграть, и деньги в них обеих были вполне реальные. Около 60% выбрали вторую, альтруистичную, лотерею, в которой деньги шли на благотворительность. Все участвующие в лотереях заполняли психологические опросники, показывающие уровень счастья. Сразу после лотереи, как и ожидалось, более счастливыми были те, кто выбирал альтруистичный вариант. Однако тот же психологический опрос провели еще спустя месяц - и вот спустя месяц большинство тех, кто играл в альтруистичную лотерею, оказались менее счастливы, чем те, кто выбрал деньги для себя. То есть счастье от альтруистичного поступка оказалось недолгим и в перспективе обернулось снижением настроения. Конечно, за месяц с человеком могло произойти всякое, но не будем забывать, что в эксперименте участвовали не один и даже не десять человек, да и авторы работы наверняка учитывали вероятность каких-нибудь житейских неприятностей, которые могли случиться со студентами. Самое же любопытное случилось с небольшой группой участников эксперимента, которым сыграть в лотерею не пришлось: они выбрали второй, альтруистичный, вариант, но им сказали, что лотерея отменяется, и им просто так дают сто евро. В статье в PNAS говорится, что эти люди спустя месяц оставались более счастливыми, чем все остальные. То есть для настоящего счастья хорошо бы, чтобы альтруистичный порыв подкреплялся наградой. Не исключено, что другие виды альтруизма дают более стабильное счастье. Можно ведь не только раздавать деньги, можно самому помогать другим - помогать пожилым инвалидам, развлекать детей-сирот и пр. И возможно, что тот альтруизм, в котором задействованы непосредственные социальные контакты, будет более долгоиграющим.

Другие интересные новости:

▪ Разноцветные муравьи

▪ Freescale начала продажи микросхем памяти MRAM

▪ Недостаток сна заставляет нас много есть

▪ Самолетик на паровой реактивной тяге

▪ Новый импульсный регулятор

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПУЭ. Подборка статей

▪ статья Одри Хепберн. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему комары не гибнут под дождем? Подробный ответ

▪ статья Температура воздуха. Советы туристу

▪ статья Паротурбинные солнечные энергетические установки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Преобразователь напряжения для автомобиля, 13,6/36,127,220 вольт 40 ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026