Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2002 № 02
Для опытов понадобятся компас и магнитная стрелка, хороший постоянный магнит (полосовой, подковообразный или кольцевой), батарейка на 1,5 В или 4,5 В, тонкие провода и мелкие металлические предметы.
Поднесите магнит к мелким железным предметам. Они потянутся к тем его местам, которые сильнее всего притягивают. Их называют полюсами магнита. У магнита два полюса — южный S и северный N. Но встречаются магниты с 4, 6, 8 и другим четным количеством полюсов. Пока никто не видел магнита с одним полюсом. Полагают, что он должен существовать — монополь, крохотная частица, ведущая себя, как магнит с одним полюсом. Вооружившись сложнейшими приборами, ученые ищут ее в месторождениях железа, в старинных предметах, в железных метеоритах.
Магниты отталкиваются одноименными полюсами, а разноименными притягиваются. В этом легко убедиться с помощью стрелки компаса и постоянного магнита. Поднесите к компасу на значительном расстоянии магнит. Вы увидите, что стрелка компаса начинает реагировать на магнитное поле. Она поворачивается либо вслед за магнитом, если полюса разноименные, либо от магнита, если полюса одноименные.
В громкоговорителях применяются кольцевые керамические магниты, обладающие очень большой силой. Возьмите два кольцевых магнита и поставьте красивый опыт. На горлышко бутылки, а еще лучше на стеклянную палочку наденьте кольцевой магнит, а сверху поместите другой, но противоположным полюсом. Тяжелый верхний магнит будет парить в воздухе (рис. 1). Подобные опыты умели делать и древние.
Античный философ Лукреций Кар рассказывает о кольцевых магнитах, подвешенных к потолку храма и поддерживающих друг друга. Это, по мнению жрецов, доказывало бесконечное совершенство Создателя.
Поднесите магнит к предметам из дерева, бумаги, стекла, пластмассы, металла. Далеко не все из них прилипают к магниту.
К нему безразличны такие металлы, как алюминий, медь, золото, серебро.
Только сплавы, в состав которых входят железо, никель, кобальт, ярко проявляют магнитные свойства. Их называют ферромагнетиками (рис. 2).
Рис. 2
Тут сделаем некоторые уточнения. Эффект, который вы наблюдали, определяется силой применяемого магнита. Эксперименты с магнитами в тысячи раз более мощными говорят несколько иное. Ферромагнетики действительно притягиваются очень сильно, а все остальные вещества делятся на две группы. Одни все же притягиваются, но слабо. Другие отталкиваются магнитом, но тоже слабо.
Ферромагнетики бывают магнитомягкие и магнитотвердые. Магнитомягкие сплавы легко перемагничиваются. Из них делают трансформаторы, электродвигатели, головки магнитофонов. Магнитотвердые материалы намагничиваются и размагничиваются с трудом. Из них делают постоянные магниты. Сталь, из которой делаются режущие инструменты — бритвы, швейные иголки, — часто относится к магнитотвердым сортам.
Намагничивание лежит в основе магнитной записи. Первые магнитофоны появились до изобретения магнитофонной ленты. Сигнал записывали на стальной проволоке. Полная запись выступлений первого Конгресса по магнитной записи, происходившего в 1912 году и длившегося неделю, весила более десяти… тонн.
Проведите полосовым магнитом по лезвию бритвы несколько раз в одном направлении, и оно намагнитится. Опустите бритву-магнит в блюдце с водой. Лезвие не утонет, его будут удерживать силы поверхностного натяжения, те самые, что держат на воде водомерку. Из-за маленького трения оно свободно перемещается по воде и потому развернется вдоль магнитного меридиана. Если концы бритвы пометить, то лезвие можно использовать как компас. Этот компас очень чувствителен и реагирует даже на сильно удаленный магнит.
Можно сделать компас из намагниченной иглы, закрепленной в пробке или куске пенопласта, брошенном в блюдце с водой. Пробка будет плавать в центре блюдца, если воду налить «горкой».
Опустите на поверхность воды еще одно намагниченное лезвие с помеченными полюсами. Они повернутся и соединятся разными полюсами (рис. 3), но цепочка из плавающих лезвий по-прежнему будет вести себя как стрелка компаса.
«Утопите» одно лезвие в воде, а другое опустите на поверхность. Плавающее лезвие подплывет к утонувшему и развернется над ним, как бы найдет его. Подобным образом при помощи установленных на самолетах магнитометров, приборов, очень чувствительных к магнитному полю, обнаруживают подводные лодки.
Прислоните к полюсу магнита железный гвоздь и опустите его в железные опилки или коробку с булавками. Гвоздь обрастет «бородой». Но стоит между гвоздем и магнитом сделать малейший зазор, борода отвалится. Железо проводит магнитное поле, гвоздь является магнитопроводом.
Замкните подковообразный магнит железной пластиной — ярмом, к которому прикреплен груз. Затем положите поперек полюсов железную пластину. Она замкнет значительную часть поля на себя, и ярмо отпадет.
А теперь об электромагнитах. Повторим опыт Эрстеда. Поднесите магнитную стрелку к проводам и накоротко присоедините к нему батарейку. Стрелка тотчас развернется перпендикулярно проводу. Если поменяете направление тока, стрелка повернется другим концом.
Свободно закрепите две полоски пищевой алюминиевой фольги на рамке. Их длина должна быть около 30 сантиметров, зазор между ними — 2–3 мм. Соедините полоски фольги последовательно и замкните на них батарейку. Потечет ток 5 — 10 А. Полоски разойдутся. Если соединить полоски параллельно, то при пропускании тока они сойдутся.
Это опыт Ампера. Обратите внимание, режим короткого замыкания для батарейки нежелателен и должен составлять несколько секунд.
Алюминиевая фольга обычно не притягивается к магниту, но пропустите ток через одну из полосок и поднесите к ней магнит. Она резко притянется либо оттолкнется от магнита (рис. 4).
Причина в том, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Последующее развитие науки подтвердило верность его гипотезы. Такие токи есть. Они вызваны движением электронов. Обмотайте гвоздь проводом и присоедините к батарейке. Получится электромагнит.
Электромагниты нашли широкое применение в технике. Некоторые из них создают силы в сотни тонн.
Железный предмет, побывавший в магнитном поле, намагничивается. Магнит, потерявший свою силу, можно намагнитить заново. Намотайте на него 150–200 витков изолированного провода диаметром 1 мм. Через эту обмотку кратковременно, на доли секунды, чтобы не успела перегреться, пропустите постоянный ток в 10–20 А, воспользовавшись батареей напряжением 9 — 12 В, составленной из гальванических элементов большого диаметра (рис. 5).
Пользоваться выпрямителем следует с большой осторожностью и только в том случае, если он снабжен системой защиты от короткого замыкания. Применение аккумуляторов для этой цели недопустимо. Они мгновенно выходят из строя.
Намагничивание приводит и к нежелательным последствиям. Например, часы, побывавшие в магнитном поле, показывают неверное время, к намагниченным отверткам прилипают шурупы, что мешает работе.
Размагнитить тела можно несколькими способами.
Если нагреть тело в пламени горелки почти до красного каления, то при температуре Кюри он потеряет свои свойства. После охлаждения его можно намагнитить вновь.
При помещении намагниченного тела в катушку с переменным электрическим током он размагничивается. Этим пользуются часовщики. Переменное магнитное поле или сильный магнит может стереть запись с кассеты магнитной пленки.
Магнит и магнитное поле находят широчайшее применение в нашей жизни. Электричество, радио, компьютеры — все это изначально происходит от них. Однако, что такое магнитное поле, пока не знает никто. Держа в руках магнит, помните, что вы держите в руках одну из величайших загадок природы!
Г. и Н. ТУРКИНЫ
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Там, за горизонтом
О возможности дальней оптической связи с отражением от облаков
Радиодиапазон, казалось бы, широк, но и в нем уже стало тесно. Работают радиостанции, телеканалы, сотовые телефоны, связываются друг с другом медики, пожарные, военные, милиция. А между тем есть диапазон электромагнитных волн, в котором места хватит всем. Речь идет о световом диапазоне. Достаточно уловить фотоприемником модулированный сигнал передатчика — связь установлена, один лишь недостаток у светотелефонов: связь возможна лишь в пределах прямой видимости, ведь луч света распространяется по прямой. За горизонт он «свернуть» не может.
Другое дело, если бы можно было поставить цепочкой зеркала-«ретрансляторы»… Впрочем, нужны ли они?
