Бруно Донат - Физика в играх
Можно ли ее обнаружить?
Лет сто назад, еще на заре исследований электромагнитных явлений, знаменитый английский ученый Фарадей предложил для обнаружения магнитных сил пользоваться железными опилками. Если у вас есть хорошо намагниченный стальной прут, укрепите его на столе вертикально и приклейте к нему воском или сургучом квадратик картона или тонкого стекла. Попробуйте теперь сыпать сквозь крупное сито железные опилки. Насыпьте их немного, затем постучите по квадратику пальцем. Опилки начнут двигаться и лягут лучами, расходящимися от конца магнита во все стороны (рис. 120, А).
Только не насыпайте на квадратик много опилок — толстый слой ложится не так красиво.
Лучи, по которым располагаются опилки, Фарадей назвал магнитными силовыми линиями.
Если таким же образом вы исследуете свойства полюсов подковообразных магнитов, вы увидите, что силовые линии тянутся от полюса к полюсу На рис. 120, Б показано, какие дуги образуются из опилок между концами подковообразных магнитов, как эти дуги делаются все более выпуклыми, по мере того как они отходят к наружным сторонам магнита.
Рис. 120
Попробуйте исследовать магниты в разных положениях. Опыты с магнитами очень увлекательны, и вы, наверное, немало повозитесь с ними.
Если вы хотите, можете даже сохранить надолго свои магнитные рисунки.
Растопите кусочек стеарина, налейте его на картон и разотрите краем почтовой открытки быстро и ровно по всему картону. Если стеарин быстро остынет и не будет хорошо размазываться, положите картонку на что-нибудь теплое; тогда размазать стеарин будет легко. Затем дайте стеарину остыть.
Приготовьте несколько таких картонок и дайте им полежать в книге, под прессом. На картонках, покрытых тонким слоем стеарина, получите магнитные рисунки опилками так, как и в первом опыте. Только постарайтесь сделать их как можно лучше. Когда рисунки будут готовы, осторожно снимите картон с магнита и подержите его над свечой. Стеарин растает и при охлаждении прочно приклеит опилки к картону. Все эти опыты показали нам распространение магнитных силовых линий на плоскости. Но понятно, что магнит действует во всех направлениях пространства.
Если вы опустите конец магнита в коробку с опилками, целая горсть их повиснет на нем (рис. 120, В). Красивым ожерельем соединяются полюсы подковообразных магнитов при таком же опыте. И эти фигурки также можно сохранить.
Укрепите какой-нибудь сильный подковообразный магнит полюсами вниз. Под полюсами подклейте маленькую картонку, покрытую стеарином. Когда вы под нее осторожно подставите коробку с опилками, сейчас же опилки подскочат к картонке и образуют два пучка, между которыми останутся ворота, или пучки замкнутся, образуя беседку. Отнимите магнит — и эта постройка отпадет.
Если вы хотите сохранить ее, наскоблите мелко стеарин и смешайте его хорошенько с опилками. Если вы теперь поднесете коробку под магнит, вам покажется, что магнитная фигура не так красива, как раньше. Стеарин пристает к опилкам, утяжеляет их, и магниту трудно образовать такие тонкие рисунки, как в первом опыте с более легкими опилками. Но вы можете помочь магниту. Возьмите на деревянную лопаточку или на бумажку еще немного опилок и поднесите их к тому месту, в котором вы хотите дополнить фигуру. Теперь наступила самая замысловатая операция.
Рис. 121
Всю постройку вместе с магнитом нужно с величайшей осторожностью, не тряхнув, перенести в теплую печь. Тогда стеарин растопится, проберется между всеми опилками и склеит их. Через некоторое время осторожно выньте все из печи, дайте остыть и осторожно отнимите магнит от картона.
Теперь можно перевернуть картонку: у вас окажется такая фигура, как показано у нас на рис. 121. Это самое наглядное изображение направлений силовых линий магнита в пространстве, сделанное им самим.
Гальванический ток
Снова об электричестве. После нескольких опытов с магнитами вернемся опять к электрическим явлениям.
До сих пор мы получали электричество, натирая стекло или сургуч. Проявление электричества сопровождалось искрами.
Эти искры можно сравнить со струями воды из шприца. Чем сильнее давление поршня, то есть чем больше напряжение воды в шприце, тем дальше бьет струя. И про электричество говорят, что чем больше напряжение его, тем длиннее становятся искры. Но чем больше напряжение, тем труднее его сосредоточить и проводить по проводам.
Вы, вероятно, видели фонтан и замечали, что от сильного давления вода пробивается везде, где труба хоть немного повреждена, и тонкими струйками растекается во все стороны. Нечто подобное происходит и при сильном напряжении электричества в электрических машинах: все острые углы машины со всех сторон испускают электричество.
С помощью трения мы добывали до сих пор мало электричества. Алессандро Вольта, профессор физики в Павии, живший более ста лет назад, нашел способ получения электричества в большом количестве другим способом. До него итальянский физиолог Луиджи Гальвани из Болоньи сделал важное наблюдение, но только неправильно истолковал его.
Он заметил, что тело мертвой лягушки вздрагивало вблизи электрической машины, как только из машины извлекались искры. Такое же явление он заметил, когда повесил препарированные ножки лягушки на медную проволоку на балконной решетке и когда от ветра ножки лягушки прикасались к железу решетки.
Гальвани верно приписал вздрагивание ножек действию электричества, но думал, что явление это вызвано электричеством, имеющимся в теле лягушки.
Вольта повторил опыт Гальвани, но провел его с большей научной точностью. Он заметил, что лягушка не вздрагивала, если висела на железном крючке у железной решетки. Всегда оказывались нужными два различных металла, чтобы заставить вздрагивать препарат. Вольта заключил, что проявление электричества объясняется соприкосновением двух различных металлов.
Основываясь на этих опытах, он построил в 1800 году столб из пластинок цинка, меди и войлока, смоченного раствором серной кислоты. Цинк, медь и войлок он накладывал друг на друга в таком порядке, что внизу находилась медная пластинка, на ней войлок, затем цинк, опять медь, войлок, цинк, медь, войлок и т. д. Этот столб оказывался заряженным на нижнем конце положительным, а на верхнем — отрицательным электричеством.
Все электрические явления, которые Вольта наблюдал с помощью построенного им электрофора и электрической машины, повторились и здесь. Только длина искр, которые давал столб, была несравненно меньше длины искр электрической машины.
В честь Гальвани Вольта назвал этот способ получения электричества гальваническим.
При таком получении электричества кислота, соприкасаясь с металлами, разъедает их. Значит, здесь мы также видим, что для получения электричества нужно израсходовать «что-то», как мы затрачивали работу, получая электричество трением.
Гальванические элементы в чайных стаканах. Мы можем воспроизвести опыты Вольты, только вместо пластинок цинка и меди, переложенных войлоком, воспользуемся несколькими стаканами, наполненными подкисленной водой, и несколькими полосками меди и цинка.
Наполните водой чайный стакан и прибавьте к нему, размешивая стеклянной палочкой, серную кислоту так, чтобы кислота составляла приблизительно У30 часть воды. Не забудьте, что всегда надо кислоту вливать по каплям в воду, а не воду в кислоту, потому что быстрое образование водяных паров может разбрызгать кислоту. Если нет серной кислоты, можно всыпать в стакан 5–6 чайных ложек обыкновенной поваренной соли.
В подкисленную воду опустите две полоски различных металлов (рис. 122). Самые подходящие металлы — это медь и цинк. Толщина пластинок не имеет значения, а ширину их лучше взять не меньше 4 сантиметров. Полоски эти можно изогнуть и подвесить на противоположные стороны стакана; только следите, чтобы они не коснулись одна другой. Прибор готов. Он называется гальваническим элементом. Здесь кислота работает, разъедая металл, и в результате этой химической работы в меди возникает положительное электричество, а в цинке — отрицательное.
Если вы теперь соедините проволоками полоски элемента, вы увидите, что в момент соприкосновения между ними проскочит маленькая искорка.
Если соединить медную и цинковую пластинки проволокой, то по ней потекут электрические заряды. Принято в этом случае говорить, что по проволоке течет электрический ток. Так как электрических зарядов не видно, то принято считать, что ток в проволоке течет от положительной пластинки элемента к отрицательной, значит, у нас — от меди к цинку.
