"Радио Всем", №18, сентябрь 1927 год
Инж. А. Н. Попов.
Возьмем два кольцевых провода (черт. 1) и приключим к ним батарейки так, чтобы направления токов в кольцах были одинаковы. Если сделать кольца легко подвижными, мы увидим, что они будут притягиваться друг к другу. Переменим направление тока в одном кольце (см. черт. 2); в этом случае кольца будут отталкиваться друг от друга. Заметим кстати, что сделать легко подвижными кольца, показанные на черт. 1 и 2, почти невозможно. Обычно этот опыт делают, как показано на черт. 3. Здесь оба кольца выполнены ввиде рамок: правое закреплено неподвижно, а левое подвешено на остриях, погруженных в чашечки со ртутью, к которым подводится ток. Такая подвеска позволяет кольцу легко вращаться. По направлению его поворота и судят об отталкивании и притяжении токов.
Здесь мы имеем дело с новым явлением, о котором до сих пор не говорили. Именно: здесь появляется так называемая магнитная сила. Как мы сейчас увидим, она по своим свойствам очень похожа на электрическую, которую мы разбирали в предыдущих статьях.
Магнитная сила притяжения и отталкивания подчиняется тем же законам, что и электрическая. Поэтому мы прямо, без оговорок, перенесем сюда знакомые нам понятия поля, напряжения поля и силовой линии.
По основному закону физики, магнитное поле возникает всюду, где движется электрическое поле, причем направление его составляет прямые углы с направлением электрического поля и с направлением движения. Разберем, что происходит около провода, когда по нему проходит ток.
Электрическое поле электрона показано на черт. 4 (силовые линии направлены к электрону, так как он представляет собою частичку отрицательного электричества). Положим, что электроны движутся в направлении, указанном стрелкой на черт. 5. За направление тока, принято считать направление, обратное движению электронов 2) (показано стрелкой на черт. 5). Закон направлений электрического поля, его движения и поля магнитного дан на черт. 6. Наглядно его можно представить на рис. 7. Сложим вместе все пальцы правой руки кроме большого, последний оттопыриваем. Пусть электрическая силовая линия «вонзается» нам в ладонь и движется к большому пальцу; тогда четыре остальные покажут направление магнитного поля.
Вооружившись этим правилом, нарисуем картину магнитного поля около кусочка провода. Для этого мы определим его направление в нескольких точках окружности, охватывающего наш провод (см. черт. 8). Из черт. 8 мы видим, что направление магнитного поля всюду касается окружности и, следовательно, магнитная силовая линия совпадает с этой окружностью. Картина силовых линий дана на черт. 9. Постепенное разрежение силовых линий означает ослабление магнитной силы: около провода она больше всего и быстро уменьшается с удалением от него.
Магнитное поле кольцевого провода представлено на черт. 10, а магнитное поле катушки из нескольких витков на черт. 11.
Теперь подойдем к тому же вопросу с другого конца. Есть особый вид железной руды, так называемый магнитный железняк, который обладает свойствами притягивать железные предметы (также стальные и чугунные, так как в состав этих металлов входит железо). Если этой рудой поводить подольше, скажем, по стальному бруску, последний сам становится магнитом и начинает притягивать железо. При таком намагничивании мы обнаруживаем, что два конца бруска проявляют различные свойства. Именно, один конец его намагничивается положительно, другой отрицательно, в том смысле, как это происходит при электризации. Если свести два положительных или два отрицательных конца, они будут отталкиваться: концы, намагниченные разноименно, будут притягиваться.
Еще в глубокой древности было известно следующее. Если намагнитить легкую стальную стрелку или иглу и дать ей возможность свободно вращаться (это мы можем сделать подвесив ее на тонкой нити или укрепив на острие), то один конец ее всегда устанавливается на север, другой — на юг. На этом основан прибор, служащий для определения стран света, который называется компасом. Тот конец стрелки, который показывает на север, называют северным или положительным в противоположность южному или отрицательному.
Действие компаса объясняется тем, что земной шар представляет собой магнит; на северной его стороне сосредоточен южный магнетизм и наоборот. За направление магнитной силы считается то, в котором стала бы двигаться воображаемая (как увидим дальше, на самом деле ее не существует) частица северного магнетизма. Таким образом, если бы мы поместили около провода с током такую частицу, она пошла бы по одной из окружностей, показанных на черт. 9.
Поле намагниченного бруска показано на черт. 12. На его северном конце стоит буква N (норд — север), на южном — S (зюд — юг). На основании сказанного ясно, что силовые линии выходят из северного конца и входят в южный. Показать магнитные силовые линии воочию можно следующим простым способом. На тонкий картон или твердую бумагу насыпают тонкий слой железных опилок. Снизу к бумаге подводят намагниченный брусок и потом слегка встряхивают опилки. Вследствие магнитной индукции (аналогичной электрической) каждый опилок становится маленьким магнитиком и располагается по силовой линии; в общем получается картина, показанная на фот. 13.
Совершенно очевидно, что в магнитном поле тока магнитная стрелка будет отклоняться от положения равновесия и тем больше, чем больше будет сила тока. На этом, между прочим, основан один из методов измерения силы тока. Также очевидно, что катушка с током представляет собой магнит, причем тот конец, из которого силовые линии выходят, будет северным, а противоположные южным (черт. 11). Кусок железа будет втягиваться в такую катушку. Укрепив его на пружине, мы, по натяжению пружины сможем судить о силе притяжения (см. черт. 15 и 16). Некоторые практические применения этих явлений мы дадим в следующей статье, а сейчас постараемся связать воедино то, о чем мы говорили.
Мы начали с того, что обнаружили магнитную силу в кольце провода; ряд таких колец в катушке представляет собой уже настоящий магнит. Нет ли и в постоянном магните каких-либо незримых круговых токов, которые определяют его магнитные свойства. Вспомним, что около ядра кружатся электроны. Следовательно, около ядра есть круговое движение электричества, т. е. круговой ток. В обыкновенном железном предмете магнитные поля направлены беспорядочно и никак себя не проявляют; под влиянием магнитной силы они приходят в порядок и внутри каждого бесконечно малого кусочка, так же как и во всем предмете, на одном конце появляется северный магнетизм, на другом — южный.
Эта картина совершенно подобна поляризации диэлектрика описанного раньше. Подчеркнем здесь кстати существенную развицу между электричеством и магнетизмом. Мы можем всегда получить отдельно положительное и отрицательное электричество, магнетизмы же отдельно не существуют; это и понятно, так как «север» и «юг» означают лишь направление называющего их тока.
1) см. "P. В." № 17
(назад)
2) Причины этого чисто исторические.
(назад)