С. РЕКСИН.
Одним из чрезвычайно важных явлений, вызываемых протекающим по проводникам электрическим током, является его магнитное действие.
В этой беседе мы познакомим читателя с этим явлением, которое имеет огромное значение в электротехнике. Можно утверждать, что электротехника практически стала развиваться лишь с того момента, когда в 1820 г. ученым Эрстедтом было открыто явление притяжения железных опилок проводом, по которому протекает электрический ток.
Проделаем следующий опыт: пропустим по проводу довольно сильный ток (ампер 25—30) от динамо-машины. Расположим провод вертикально так, чтобы он проходил сквозь окружающий его лист картона, как это показано на черт. 1.
На картон насыпали равномерно вокруг провода мелких железных опилок.
Черт. 1.
Как только по проводу станет протекать электрический ток, то мы заметим довольно интересную картину — железные опилки расположатся вокруг провода по кругам, как это видно из чертежа 1 и 2.
Круги эти более резко очерчены вблизи провода, и чем дальше они находятся от него, тем более расплывчаты их очертания,
Но если мы пропустим более сильный ток по проводу, то явление станет еще ярче, и круги станут заметны на большем расстоянии от провода.
Передвигая картон вдоль провода, вверх или вниз, мы и на других участках его обнаружим ту же картину.
Черт. 2.
Теперь произведем еще такой опыт: поместим около нашего провода кусочек железной проволоки, подвешенный за середину на тонкой ниточке.
Мы заметим, что железная проволочка, если мы начнем перемещать ее вокруг провода, все время будет располагаться вдоль окружности, показанной на чертеже 3 пунктиром.
Вблизи провода это явление обнаруживается особенно заметно и на некотором расстоянии от него исчезает. Но если мы пропустим по проводу более сильный ток или возьмем более легкую проволочку, то сможем обнаружить это действие электрического тока на более значительном пространстве.
Вообще говоря, мы не можем утверждать что пространство, на котором обнаруживается такое действие электрического тока, ограничено какими-либо пределами; все зависит от того, каким образом, какими средствами мы сумеем это действие обнаружить.
В радиотехнике, например, действие электрического тока, в окружающем пространстве, правда, несколько в иной форме и иными средствами, обнаруживается, как известно, на колоссальных расстояниях.
Это явление, с которым мы только что познакомились, принадлежит к разряду магнитных явлений, а пространство, в котором оно обнаруживается, носит название магнитного поля.
Своеобразная картина расположения железных опилок на картоне, сквозь который пропущен оживленный током провод, носит название магнитного спектра.
Расположение опилок по кругам, об'ясняется тем, что железные опилки в отдельности ведут себя точно так же, как в предыдущем опыте проволочка, подвешенная на нитке.
Располагаясь по кругам, опилки в своей массе обрисовывают их, образуя изображенный на черт. 2 рисунок.
Отдельные круги, образованные опилками, носят название магнитных силовых линий.
Черт. 3.
Совокупность же магнитных силовых линий составляет магнитные поле.
Проделан еще такой опыт с железными опилками. Поместим два проводника рядом, очень близко друг от друга, и пропустим через них ток одинаковой силы и одного направления.
Мы обнаружим почти такую же картину магничного спектра, как и в первом опыте, когда мы брали один проводник, но только в этом случае магнитный спектр будет более резко выражен. Отсюда мы можем заключить что магнитное поле, образованное двумя проводниками, по которым течет ток одного направления, усилилось вдвое.
Черт. 4.
Но если мы в одном из проводников переменим направление тока, то заметим, что магнитные линии почти исчезнут. Это дает нам основание предполагать, что магнитные линии зависят от направления тока, связаны как-то с его направлением, и, следовательно, сами имеют определенное направление.
Поэтому ясно, что два магнитных поля, образованных двумя одинаковыми по направлению токами, складываются, образуя общее усиленное поле, а два магнитных поля, образованных противоположными токами — взаимно уничтожают друг друга, т. к. имеют противоположные направления.
Условились следующим образом определять направление магнитных линий: если мы вообразим, что ток течет от нас по направлению к чертежу, то направление магнитных линий считается совпадающим с направлением движения часовой стрелки, как это изображено на чертеже (4а).
Если ток течет от чертежа по направлению к нам (черт. 46), то направление магнитных линий считается против часовой стрелки.
Черт. 5.
Можно определять направление магнитных линий, если известно направление тока, пользуясь следующим простым правилом, предложенным Макевским: помещают буравчик или штопор, мысленно, острием в направлении протекающего по проводу тока, тогда направление магнитных силовых линий будет совпадать с вращательным движением ввинчиваемого буравчика (черт. 5).
Отметим еще одно отличительное свойство магнитных линий — они всегда образуют замкнутый контур той или иной формы (например, круг или иную более сложную фигуру), и никогда не бывают разомкнутыми.
Запомним еще следующее: всякий электрический ток, протекающий в любом направлении всегда окружают магнитные силовые линии, вызванные этим током в пространстве.
Если проводник имеет форму кольца, то распределение магнитных линий в этом случае носит иной характер и показано на чертеже 6.
Черт. 6.
Магнитные линии в этом случае имеют также вид замкнутых линий, окружающих проводники, но уже по своей форме отличаются от круга: они растянуты снаружи и сжаты по отношению друг к другу внутри проводника.
На чертеже 6 магнитные линии показаны только в четырех местах кольцевого проводника; на самом же деле они сплошь окружают проводник, так что образуется общий поток линий, который можно представить себе как бы вливающимся внутрь кольца с одной стороны, и выходящим с другой.
Направление магнитных линий и в этом случае определяется по приведенному выше "правилу буравчика".
Когда по катушке проходит электрический ток, то магнитные поля каждого отдельного витка катушки, складываясь вместе, образуют общий магнитный поток катушки.
Мы можем судить о характере распределения магнитных линий катушки по черт. 7, где изображен ее магнитный спектр, образованный железными опилками, как в наших предыдущих опытах.
Черт. 7.
Магнитный поток, как видно из этого чертежа, входит на одном конце катушки, а выходит на другом, при чем путь его указан пунктирными стрелочками, а путь тока — сплошными.
Конец катушки, через который магнитный поток входит, называют южным (на чертеже обозначен буквой Ю), а через который выходит — северным, (на чертеже обозначен буквой С).
Если бы мы нашу катушку свободно подвесили так, чтобы она, будучи горизонтальной, могла бы свободно вращаться, то она расположилась бы так, что один конец ее указывал на юг, а другой на север, отсюда явилось и название, данное концам катушки, которые часто называются полюсами.
Опытом установлено, что железо, помещенное в магнитное поле тока обладает способностью стягивать магнитные силовые линии.
В присутствии железа, а также чугуна и стали электрическому току легче вызвать появление большего количества магнитных линий, чем в воздухе, так как эти металлы являются лучшими проводниками магнитных линий, чем воздух.
Поместив в равномерное магнитное поле, изображенное на черт. 8а рядом параллельных линий, железное кольцо (черт. 8-б), мы увидим, что магнитные линии стремятся пройти сквозь железную массу кольца и отклоняются от своего первоначального пути.
Черт. 8.
Внутри кольца магнитных линий, как видно из чертежа, не оказывается вовсе.
Устройство электромагнита чрезвычайно просто — поместив в катушку железный стержень, называемый сердечником, мы получим электромагнит.
Пропуская по катушке электрический ток, легко убедиться, что железный сердечник, помещенный в катушку, начнет притягивать мелкие железные предметы.
Как только ток перестает течь по катушке, тотчас же магнитное поле, образованное им, исчезает и электромагнит теряет свое свойство притягивать железные предметы.
Убедиться в этом можно разомкнув цепь тока, питающего электромагнит.
В качестве примера, укажем на известный всем электрический звонок.
Существенную часть электрического звонка составляет электромагнит, образованный двумя катушками М, помещенными на железном подковообразном сердечнике Ж (черт. 91)).
На пружине П помещается железный якорек Я, с припаянным к нему звонковым молоточком.
Когда цепь замкнута нажатием кнопки, то по катушкам электромагнита течет ток, показанный на чертеже стрелками. Под влиянием притяжения электромагнита к нему притянется железный якорек Я и молоточек его ударит по звонку.
Черт. 9.
Но в то же время цепь тока между контактным винтом К и железным якорьком разорвется, — магнитное поле исчезнет и якорек в силу упругости пружины займет свое первоначальное положение. В следующий момент, когда цепь тока снова замкнулась, явление повторится. Таким образом, пока нажата кнопка, ток будет постоянно прерываться, а звонок звонить.
1) В тексте статьи, вероятно ошибочно, указан рисунок 10. (примечание составителя).