Физика без формул - Александр Леонович Страница 16

Самые простые опыты по магнетизму — опыты с компасом. Ну-ка, рассмотрите его повнимательнее. Стрелка компаса окрашена двумя цветами: один конец синий или голубой, а другой — красный. Сделана она из кусочка железа и укреплена так, что может свободно вращаться на кончике иглы. Синий ее конец указывает на север, красный — на юг. С помощью этой стрелки мы можем ориентироваться в сторонах света.

Таким свойством — поворачиваться в пространстве — обладают многие намагниченные предметы. Подвешенный на нитке железный гвоздь, если он был намагничен, также становится «компасом», то есть поворачивается по направлению «север-юг».

Трудно сказать, когда люди обнаружили такое явление и стали его применять. Во всяком случае, еще более 4000 лет назад это открытие было известно китайцам. Через арабских купцов с принципом действия компаса познакомилась и Европа, и в течение XII века он широко распространился по ней.

Со временем компас стали ставить на корабли, брать с собой в путешествия, использовать при составлении географических карт. В сочетании с ориентированием по звездам компас превратился в незаменимое навигационное средство.

Для точных показаний компаса надо следить за тем, чтобы его стрелка не размагничивалась, то есть не помещать его вблизи железных предметов. Так же надо дать стрелке возможность вращаться без трения. Этого вы, кстати, можете добиться тем, что поместите намагниченную стрелку на деревянную планку или кусочек пенопласта, плавающие в воде. Последите, как всякий раз «потревоженный» компас будет возвращаться в одно и то же положение.

Как бродят полюса?

В любой ли точке на поверхности Земли компас дает верные показания? Оказывается, нет. И дело не в самом приборе, а в том, где его используют.

Когда-то в старину скандинавы, плавающие по арктическим морям в районе Гренландии, обнаружили, что кое-где синий конец стрелки указывал почти на запад. С этим расхождением сталкивались все чаще по мере освоения северных территорий. В чем же дело?

Древним народам было невдомек, что северных полюсов — два. Необходимо различать географические полюса — условные точки, где как бы проходит ось вращения Земли, и магнитные. Северный магнитный полюс, так же, как и Южный в Антарктиде, смещен от этой точки на сотни километров. У экватора и в средних широтах такое «раздвоение» незаметно. Но чем ближе к северу, тем больше компас будет нас «обманывать».

Более того, расположение магнитных полюсов относительно географических непостоянно. Хотя и медленно, но эти полюса «дрейфуют», выписывая на земной поверхности замысловатые траектории. Современные исследования намагниченности древних пород показали, что бывали случаи, когда магнитные полюса вообще менялись местами.

Так что, пользуясь компасом, надо умело вносить в его показания поправки. Это и приходится делать полярным морякам, летчикам и ученым.

На севере ли северный полюс?

А почему магнитная стрелка крутится на поверхности Земли? Ведь если мы поднесем к ней какой-нибудь намагниченный предмет, то можем заставить ее повернуться куда захотим. Значит, в отсутствие поблизости магнитов стрелкой распоряжается Земля? Получается, что она — сама большой магнит?

Отнюдь не все планеты, как это выяснили не так давно исследователи, представляют собой магниты. Скажем, на Венере приборы, доставленные на нее ракетой, магнетизма не нашли. А вот Земля магнитными свойствами обладает. Она взаимодействует с другими магнитами, к примеру, с компасной стрелкой, так же, как и любые два магнита у нас на столе.

Как же влияют два магнита друг на друга? Давно было замечено, что северный полюс притягивается к южному, а одноименные полюса — отталкиваются. Это можно легко проверить с помощью двух намагниченных стрелок или гвоздей. Не правда ли, похоже на взаимодействие электрических зарядов?

Но если наша планета — большой магнит, то синий северный конец компасной стрелки должен был бы тянуться к южному полюсу Земли! И это — верно. А северным его считают из-за соседства с одноименным географическим полюсом.

С чем связан магнетизм Земли? Это непростой вопрос. По всей видимости, он определяется движением заряженных частиц, переносимых жидким веществом внутри планеты.

Вести с магнитных полей

Не приходилось ли вам задаваться вопросом: а через что передается действие одного магнита на другой? Как, например, Земля заставляет «чувствовать» свой магнетизм стрелку компаса? Что является посредником при передаче этого действия? Конечно, все эти вопросы можно было поставить и для электрических зарядов. Ведь они тоже влияют друг на друга на расстоянии.

Для ответа на подобные вопросы оказалась очень удобной идея поля. Ее начал разрабатывать английский ученый Майкл Фарадей. А продолжил — его выдающийся соотечественник Джеймс Максвелл. Благодаря его усилиям была создана стройная система представлений, в рамках которой нашло объяснение большинство электрических и магнитных явлений.

Джеймс Максвелл (1831–1879) — английский физик. Один из основателей кинетической теории газов, изучал их диффузию, теплопроводность и внутреннее трение. Самое главное научное достижение — создание теории электромагнитного поля. Считал свет одним из видов электромагнитного излучения, что блестяще подтвердилось, теоретически рассчитал давление света. Оставил свой след во многих областях физики, сконструировал ряд важных приборов.

Поле невидимо, неслышимо и неосязаемо. Но его можно обнаружить с помощью вносимых в него зарядов и магнитов. Вот, скажем, к наэлектризованной расческе пытается притянуться бумажная ленточка. Можно сказать, что расческу окружает электрическое поле, образованное ее зарядами. Попадая в него, заряды на ленточке реагируют на его присутствие и начинают двигаться. Еще пример. Поворот стрелки компаса мы можем истолковать влиянием на нее магнитного поля Земли или поля поднесенного к ней железного гвоздя.

Электрическое и магнитное поля наиболее сильны вблизи заряженных или магнитных тел и ослабевают по мере удаления от них. Кстати, идея поля вполне применима к любым взаимодействующим телам. Притяжение планет к Солнцу, спутников к планетам и падение яблока на землю вполне можно описать, опираясь на представление о поле тяготения, или гравитационное поле.