Яков Перельман - Занимательная физика (книга 2)
Жидкости и газы также испытывают на себе притяжение или отталкивание магнита, правда, в весьма слабой степени; магнит должен быть очень силен, чтобы проявить свое влияние на эти вещества. Чистый кислород, например, притягивается магнитом; если наполнить кислородом мыльный пузырь и поместить его между полюсами сильного электромагнита, пузырь заметно вытянется от одного полюса к другому, растягиваемый невидимыми магнитными силами. Пламя свечи между концами сильного магнита изменяет свою обычную форму, явно обнаруживая чувствительность к магнитным силам (рис. 90).
Рисунок 90. Пламя свечи между полюсами электромагнита.
Задача о компасеМы привыкли думать, что стрелка компаса всегда обращена одним концом на север, другим – на юг. Нам покажется поэтому совершенно несуразным следующий вопрос: где на земном шаре магнитная стрелка показывает на север обоими концами?
И еще нелепее прозвучит вопрос: где на земном шаре магнитная стрелка обоими концами показывает на юг?
Вы готовы утверждать, что подобных мест на нашей планете нет и быть не может. Однако же они существуют.
Вспомните, что магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами – и вы, вероятно, сами догадаетесь, о каких местах нашей планеты идет в задаче речь. Куда будет показывать стрелка компаса, помещенная на южном географическом полюсе? Один ее конец будет направлен в сторону ближайшего магнитного полюса, другой – в противоположную. Но в какую бы сторону ни идти от южного географического полюса, мы всегда будем направляться на север; другого направления от южного географического полюса нет, – кругом него всюду север. Значит, помещенная там магнитная стрелка будет показывать север обоими концами.
Точно так же стрелка компаса, перенесенного на северный географический полюс, обоими концами должна показывать на юг.
Линии магнитных силЛюбопытную картину изображает рис. 91, воспроизведенный с фотографии: от руки, положенной на полюсы электромагнита, торчат вверх пучки «крупных гвоздей, словно жесткие волосы. Сама по себе рука совершенно не ощущает магнитной силы: невидимые нити проходят сквозь нее, ничем не выдавая своего присутствия. А железные гвозди послушно подчиняются ее воздействию и располагаются в определенном порядке, обнаруживая перед нами направление магнитных сил.
У человека нет магнитного органа чувств; поэтому о существовании магнитных сил, которые окружают магнит, мы можем лишь догадываться[52]. Однако нетрудно косвенным образом обнаружить картину распределения этих сил. Лучше всего сделать это с помощью мелких железных опилок. Насыпьте опилки тонким ровным слоем на кусок гладкого картона или на стеклянную пластинку; подведите под картон или пластинку обыкновенный магнит и встряхивайте опилки легкими ударами. Магнитные силы свободно проходят сквозь картон и стекло; следовательно, железные опилки под действием магнита намагнитятся; когда мы встряхиваем их, они на мгновение отделяются от пластинки и могут под действием магнитных сил легко повернуться, заняв то положение, которое приняла бы в данной точке магнитная стрелка, т. е. вдоль магнитной «силовой линии». В результате опилки располагаются рядами, наглядно обнаруживая распределение невидимых магнитных линий.
Рисунок 91. Магнитные силы проходят через руку.
Рисунок 92. Расположение железных опилок на картоне, покрывающем полюсы магнита. (С фотографии.).
Поместим над магнитом нашу пластинку с опилками и встряхнем ее. Мы получим фигуру, изображенную на рис. 92. Магнитные силы создают сложную систему изогнутых линий. Вы видите, как они лучисто расходятся от каждого полюса магнита, как опилки соединяются между собой, образуя то короткие, то длинные дуги между обоими полюсами. Железные опилки воочию показывают здесь то, что мысленно рисует перед собою физик и что невидимым образом присутствует вокруг каждого магнита. Чем ближе к полюсу, тем линии опилок гуще и четче; напротив, с удалением от полюса они разрежаются и утрачивают свою отчетливость, наглядно доказывая ослабление магнитных сил с расстоянием.
Как намагничивается сталь?Чтобы ответить на этот вопрос, который часто задают читатели, надо разъяснить прежде всего, чем отличается магнит от немагнитного бруска стали. Каждый атом железа, входящего в состав стали – намагниченной или ненамагниченной, – мы можем представлять себе как маленький магнитик. В стали ненамагниченной атомные магнитики расположены беспорядочно, так что действие каждого уничтожается противоположным действием обратно расположенного магнитика (рис. 93, а). Напротив, в магните все элементарные магнитики расположены упорядочено, одноименными полюсами в одном и том же направлении, как показано на рис. 93, б.
Рисунок 93. а – расположение атомных магнитиков в ненамагниченной полоске стали; б – то жe в намагниченной стали; в – действие полюса магнита на атомные магнитики намагничиваемой стали.
Что же происходит в куске стали, когда его натирают магнитом? Силой своего притяжения магнит поворачивает элементарные магнитики стального бруска одноименными полюсами в одну и ту же сторону. Рис. 93, б наглядно показывает, как ото происходит: элементарные магнитики поворачиваются сначала южными полюсами к северному полюсу магнита, а затем, когда магнит отводится далее, располагаются вдоль по направлению его движения, южными полюсами к середине бруска.
Отсюда легко попять, как надо действовать магнитом при намагничивании бруска стали: надо приставить к концу бруска один полюс магнита и, плотно прижимая, вести магнит вдоль бруска. Это один из простейших и древнейших приемов намагничивания, годный, однако, для получения лишь слабых магнитов небольшого размера. Сильные магниты можно построить, используя свойства электрического тока.
Исполинские электромагнитыНа металлургических заводах можно видеть электромагнитные подъемные крапы, переносящие огромные грузы. Такие краны оказывают при подъеме и перемещении железных масс неоценимые услуги на сталелитейных и тому подобных заводах. Массивные железные глыбы или части машин в десятки тонн весом с удобством переносятся этими магнитными подъемными кранами без прикрепления. Точно так же переносят они без ящиков и упаковки листовое железо, проволоку, гвозди, железный лом и другие материалы, переноска которых иным способом потребовала бы немало хлопот.
На рис. 94 и 95 вы видите перед собою эту полезную службу магнита. Как хлопотливо было бы собирать и переносить кучу железных плиток, которую разом собрал и перенес могучий магнитный подъемный кран, изображенный на рис. 94; здесь выгода не только в экономии сил, но я в упрощении самой работы. На рис. 95 вы видите, как магнитный кран переносит даже упакованные в бочках гвозди, сразу поднимая по шесть бочек! На одном только металлургическом заводе четыре магнитных крана, каждый из которых может переносить сразу десять рельсов, заменяют ручной труд двухсот рабочих. Не надо заботиться о прикреплении этих тяжестей к подъемному крану: пока идет ток в обмотке электромагнита, до тех пор ни один осколок не упадет с него.
Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. Такие случаи вначале бывали. «На одном американском заводе, – читаем мы в техническом журнале, – электромагнит поднимал железные болванки, подвозимые в вагонах, и бросал их в печь. Внезапно на электростанции Ниагарского водопада, подающей ток, что-то случилось, ток был прорван; масса металла сорвалась с электромагнита и всей своей тяжестью обрушилась на голову рабочего. Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах устраиваются особые приспособления. После того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз, ток же во время транспортировки прерывается».
Рисунок 94. Электромагнитный подъемный кран, переносящий железные плитки.
Рисунок 95. Электромагнитный подъемный кран, переносящий бочки с гвоздями.
Поперечник электромагнитов, изображенных на рис. 94 и 95, достигает 1, 5 м; каждый магнит способен поднять до 16 тонн (товарный вагон). Один такой магнит переносит за сутки более 600 тонн груза. Есть электромагниты, способные поднять сразу до 75 тонн, т. е. целый паровоз!
При взгляде на такую работу электромагнитов у иного читателя, быть может, мелькнула мысль: как удобно было бы переносить при помощи магнитов раскаленные железные болванки! К сожалению, это возможно только до известной температуры, так как раскаленное железо не намагничивается. Нагретый до 800° магнит утрачивает магнитные свойства.
