З компасом через магнітні поля. Креслення, опис

ДИТЯЧА НАУКОВА ЛАБОРАТОРІЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Дитяча наукова лабораторія

З компасом через магнітні поля. Дитяча наукова лабораторія

Дитяча наукова лабораторія

Тепер майже не залишилося людей, які з вдячністю потиснуть вам руку за розповідь про те, що Земля кругла, примовляючи: "Дякую, друже, завжди від тебе щось нове почуєш".

Але чому вона крутиться? Це питання ставить у глухий кут не тільки школяра. Їхні вчені батьки теж стають задумливими, коли вічне обертання задає їм це "чому". "Ймовірно, магнетизм", - кажуть вони.

Тож чому? Але... насамперед про магнетизм взагалі.

Електромагнітне поле із цвяха та напилка

За допомогою напилка чи навіть простого цвяха можна. отримати добре помітні магнітні поля. Достатньо обмотати їх ізольованим дротом і пустити по ньому струм. Електрострум, пройшовши через витки, створить поле, а сердечник різко посилить його. Сам сердечник такого найпростішого соленоїда, чи то цвях чи напилок, стане магнітом. Але разом з тим сердечник-магніт, виготовлений із цвяха, матиме принципову відмінність від магніту з напилка. Як ви думаєте, в чому полягає ця відмінність?

Про це буде розказано нижче. Але якщо ви захочете самі знайти різницю, то зробіть такі досліди.

Навколо звичайного цвяха намотайте ізольований провід завтовшки 0,1-0,4 мм. Приєднайте один кінець обмотки до батареї кишенькового ліхтаря (мал. 1). Насипте на стіл маленьких гвоздиків. Піднесіть капелюшок цвяха до дрібних гвоздик, потім приєднайте другий кінець обмотки до батареї. Дрібні цвяхи миттєво прилипнуть до капелюшка цвяха-сердечника. При вимиканні батареї гвоздики відразу впадуть.

З компасом через магнітні поля
Рис. 1

Зробимо тепер штучний магніт із напилка. На наждачному колі сточіть насічку з площин напилка, відріжте від нього необхідну смужку. Потім смужку потрібно терти від центру до кінців – протилежними полюсами магнітів. Жорстку сталеву смужку можна штучно намагнітити і по-іншому – за допомогою постійного електричного струму. Намотайте на сталеву пластину провід із гарною ізоляцією, а потім на кілька секунд увімкніть через реостат обмотку.

Тепер різниця між намагніченим цвяхом та напильником стане очевидною. У першому випадку сердечник має магнітні властивості тільки під час проходження струму (по витках), у другому випадку виходить постійний магніт. Напильник на відміну від цвяха матиме залишковий магнетизм.

Причина у великій твердості матеріалу напилка. У твердій сталевій пластині атоми, з яких вона складається, орієнтовані дуже "міцно". Тому краще зберігають і магнітні властивості.

Перерізавши магніт навпіл, ми отримаємо два однакові магніти з різними полюсами. Повторивши цю операцію, ми знову отримаємо магніти з різними полюсами. Якби ми розрізали магніт на мікроскопічні частинки, кожна з цих частинок мала б два полюси: північний (позитивний) і південний (негативний).

Цей факт призводить до висновку, що полюси магніту не існують окремо, подібно до того, як існують негативні (електрони) і позитивні (протони) електрично заряджені частинки. Однак можна виготовити магніт з однаковими полюсами по кінцях. Слід лише натирати сталеву пластину однаковими полюсами, наприклад, північними, ведучи їх від середини до кінців. Тоді атоми розташуються в структурі пластини так, що північні полюси вирушать в один бік, а південні - в інший.

Магнітна стрілка розташована вздовж магнітних силових ліній. Конфігурацію ліній магнітного поля легко відобразити за допомогою залізної тирси. Поклавши скло з металевою тирсою на смуговий магніт, злегка постукайте по склу. Кожна намагнічена частка заліза буде маленькою магнітною стрілочкою. Простягнувшись силовими лініями поля, вони й виявлять його конфігурацію.

Під час струшування більшість тирси перебереться до полюсів. Екваторіальна частина поля порідіє. Але електрично заряджені частинки поводяться зовсім по-іншому.

Якби негативно і позитивно заряджені частинки можна було насипати, як тирсу, на скло, то заряджені частинки відштовхнулися від полюсів і зосередилися в екваторіальній зоні магнітного поля - у вигляді кільця. Але як все це побачити?

Саморобні галактики

Пучки заряджених частинок, зокрема електронів (бета-часток), одержують у бетатронах. Вони електрони розганяються майже світлових швидкостей, а самі прилади важать тонни, котрий іноді сотні тонн. І все-таки майже кожен з нас може провести досвід з електронним пучком за допомогою звичайних телевізорів. Адже в трубці телевізора саме електрони рядками вдаряють екраном кінескопа, викликаючи свічення.

Візьміть постійний магніт сильніше, піднесіть його полюс до екрана. Зображення на екрані перетвориться на спіраль, що нагадує галактику. Якщо зображення скрутиться вправо, це означає, що до екрану піднесений північний полюс магніту. Південний полюс магніту утворює спіраль, скручену вліво.

При наближенні магніту до екрану проти нього з'явиться темне кільце (якщо циліндричний магніт), а в самому центрі залишиться світла точка, через яку потік електронів продовжує йти до полюса. Темна пляма показує, що магнітні полюси відштовхують електрони, направляють їх до екватора магнітного поля та по орбіті навколо магніту.

Електрони відштовхуються північним та південним полюсами. Тому вони зосереджуються в екваторіальній площині магнітного поля як досить плоского кільця, на кшталт кілець планети Сатурн.

З компасом через магнітні поля
Рис. 2

Взявши правою рукою магніт за кінець північного полюса, піднесіть його площиною горизонтально до екрана. Зображення на екрані зігнеться дугою - вгору над екватором магнітного поля. Переверніть магніт південним полюсом вправо – зображення на екрані прогнеться вниз.

З цих дослідів видно, що електрони обертаються в магнітному полі по орбіті проти годинникової стрілки, якщо дивитися на магніт із північного полюса. Якщо ми маємо справу з позитивно зарядженими частинками, то вони, відштовхуючись від полюсів магніту, попрямували б у бік, протилежний напряму електронів орбітою.

А що буде, якщо магніт поставити на підшипники та опромінити досить потужним потоком електронів? Мабуть, магніт почне обертатися: у потоці електронів – за годинниковою стрілкою, у потоці протонів – проти годинникової стрілки. Напрямок обертання магніту буде протилежним напряму закручування заряджених частинок.

А тепер пригадаємо, що наша Земля - величезний магніт, що з космосу на неї падає потік протонів. Тепер зрозуміло, чому ми довго говорили про магнетизм перед тим, як перейти до обіцяного пояснення обертання нашої планети.

В одному хороводі

Англійський учений У. Гельберт вважав, що Земля складається з магнітного каменю. Згодом вирішили, що Земля намагнітилася від Сонця. Розрахунки спростували ці гіпотези.

Намагалися пояснити магнетизм Землі течіями мас у її рідкому металевому ядрі. Однак ця гіпотеза сама спирається на гіпотезу рідкого ядра Землі. Багато вчених вважають, що ядро тверде і не залізне.

1891 року англійський вчений Шустер, очевидно вперше, намагався пояснити магнетизм Землі її обертанням навколо осі. Багато праці цій гіпотезі віддав відомий фізик П. М. Лебедєв. Він припускав, що під впливом відцентрової сили електрони в атомах зміщуються у бік Землі. Від цього поверхня має бути негативно зарядженою, це викликає магнетизм. Але досліди з обертанням кільця до 35 тис. оборотів за хвилину гіпотезу не підтвердили – магнетизм у кільці не з'явився.

У 1947 році П. Блекет (Англія) висловив припущення, що присутність магнітного поля у тіл, що обертаються, - невідомий закон природи. Блекет спробував встановити залежність магнітного поля від швидкості обертання тіла.

У той час були відомі дані про швидкість обертання та магнітні поля трьох небесних тіл - Землі, Сонця та Білого Карлика - зірки Е78 із сузір'я Діви.

Магнітне поле тіла характеризується його магнітним моментом, обертання тіла – кутовим моментом (при обліку розмірів та маси тіла). Давно відомо, що магнітні моменти Землі та Сонця відносяться один до одного та ж, як їх кутові моменти. Зірка Е78 дотримувалась цієї пропорційності! Звідси стало очевидним, що існує прямий зв'язок обертання небесних тіл зі своїм магнітним полем.

З компасом через магнітні поля
Рис. 3

Складалося враження, що все ж саме обертання тіл викликає магнітне поле. Блекет намагався експериментально довести існування запропонованого ним закону. Для досвіду було виготовлено золотий циліндр вагою 20 кг. Але найтонші досліди зі згаданим циліндром нічого не дали. Немагнітний золотий циліндр не показав ознак магнітного поля.

Тепер встановлені магнітний та кутовий моменти у Юпітера, а також попередньо у Венери. І знову їх магнітні поля, розділені на кутові моменти, виходять близькими до Блекета. Після такого збігу коефіцієнтів важко приписати справу нагоди.

То що - обертання Землі збуджує магнітне поле, чи магнітне поле Землі викликає її обертання? Чомусь завжди вчені вважали, що обертання властиве Землі з її утворення. Чи так це? А може, не так! Аналогія з нашим "телевізійним" досвідом порушує питання: чи не тому Земля обертається навколо своєї осі, що вона, як великий магніт, знаходиться в потоці заряджених частинок? Потік складається переважно з ядер водню (протонів), гелію (альфа-частинки). Електронів у "сонячному вітрі" немає, вони, мабуть, утворюються в магнітних пастках на момент зіткнень корпускул і народжуються каскадами у зонах магнітного поля Землі.

Земля – електромагіт

Зв'язок магнітних властивостей Землі з її ядром тепер цілком очевидний. Розрахунки вчених показують, що Місяць немає текучого ядра, тому має мати і магнітного поля. Виміри за допомогою космічних ракет показали, що Місяць не має навколо себе помітного магнітного поля.

Цікаві дані отримані в результаті спостережень земних струмів в Арктиці та Антарктиді. Інтенсивність земних електрострумів там дуже велика. Вона в десятки та сотні разів перевищує інтенсивність у середніх широтах. Цей факт свідчить про те, що приплив електронів із кілець магнітних пасток Землі посилено надходить у Землю через полярні шапки в зонах магнітних полюсів, як у нашому досвіді з телевізором.

На момент посилення сонячної активності посилюються і земні електроструми. Тепер, мабуть, вважатимуться встановленим, що електроструми Землі викликаються течіями мас ядра Землі і притоків у Землю електронів із космосу, переважно її радіаційних кілець.

Отже, електроструми викликають магнітне поле Землі, а магнітне поле Землі, своєю чергою, очевидно, змушує обертатися нашу Землю. Неважко здогадатися, що швидкість обертання Землі залежатиме від співвідношення негативно та позитивно заряджених частинок, захоплених її магнітним полем ззовні, а також народжених у межах магнітного поля Землі.

Автор: І.Кириллов

Рекомендуємо цікаві статті розділу Дитяча наукова лабораторія:

▪ Фізика крижаного кубика

▪ Мікроскоп із краплі води

▪ Як обійтися без фреону

Дивіться інші статті розділу Дитяча наукова лабораторія.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Спиртуознавство теплого пива 07.05.2024

Пиво, як один із найпоширеніших алкогольних напоїв, має свій унікальний смак, який може змінюватись в залежності від температури споживання. Нове дослідження, проведене міжнародною групою вчених, виявило, що температура пива значно впливає на сприйняття алкогольного смаку. Дослідження, очолюване матеріалознавцем Лей Цзяном, показало, що з різних температурах молекули етанолу і води формують різні типи кластерів, що впливає сприйняття алкогольного смаку. При низьких температурах утворюються пірамідоподібні кластери, що знижує гостроту "етанолового" смаку і робить напій менш алкогольним на смак. Навпаки, при підвищенні температури кластери стають ланцюжнішими, що призводить до більш вираженого алкогольного смаку. Це пояснює, чому смак деяких алкогольних напоїв, таких як байцзю, може змінюватись в залежності від температури. Отримані дані відкривають нові перспективи для виробників напоїв, ...>>

Основний фактор ризику ігроманії 07.05.2024

Комп'ютерні ігри стають все більш популярним видом розваг серед підлітків, але супутній ризик ігрової залежності залишається значною проблемою. Американські вчені провели дослідження, щоб визначити основні фактори, що сприяють виникненню цієї залежності, та запропонувати рекомендації щодо її запобігання. Протягом шести років 385 підлітків були піддані спостереженню, щоб з'ясувати, які фактори можуть привертати до ігрової залежності. Результати показали, що 90% учасників дослідження не схильні до ризику залежності, у той час як 10% стали ігроманами. Виявилося, що ключовим фактором у появі ігрової залежності є низький рівень соціальної поведінки. Підлітки з низьким рівнем просоціальної поведінки не виявляють інтересу до допомоги та підтримки оточуючих, що може призвести до втрати контакту з реальним світом та поглиблення залежності від віртуальної реальності, запропонованої комп'ютерними іграми. На основі цих результатів вчені ...>>

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Випадкова новина з Архіву

Негативний вплив енергетичних напоїв на серце 01.04.2024

У сучасному світі енергетичні напої стали невід'ємною частиною раціону багатьох людей, що особливо активно використовуються для підтримки бадьорості та енергії протягом дня. Однак нещодавні дослідження, проведені фахівцями з Техаського коледжу ветеринарної медицини та біомедичних наук, підняли тривогу щодо потенційних негативних наслідків споживання енергетичних напоїв для здоров'я серця.

Група дослідників з Техаського коледжу ветеринарної медицини та біомедичних наук (CVMBS) проаналізувала вплив енергетичних напоїв на серцевий м'яз та виявила наявність небезпечних речовин, які можуть негативно впливати на її функціонування.

Дослідження проводилося на клітинах серця, щоб досліджувати реакцію кардіоміоцитів на різні компоненти енергетичних напоїв. Результати показали, що вживання таких напоїв може призвести до збільшення серцевого ритму та інших порушень серцевої діяльності.

Фахівці дійшли висновку, що вживання енергетичних напоїв може бути прямо пов'язане із серцевими проблемами, включаючи кардіоміопатію та підвищений тиск. З огляду на те, що енергетичні напої широко доступні та популярні, керівник дослідження, Іван Русин, наголосив на важливості усвідомлення потенційних ризиків для здоров'я, пов'язаних з їх вживанням.

Дослідники аналізували сімнадцять різних брендів енергетичних напоїв та виявили найбільш шкідливі для серця компоненти, такі як теофілін, аденін та азелат, використовуючи математичне моделювання.

Вживання енергетичних напоїв може мати серйозні наслідки здоров'я серця. Це попередження має стати основою для більш усвідомленого підходу до вибору та споживання таких напоїв, а також для вжиття заходів щодо регулювання їх виробництва та розповсюдження.

Інші цікаві новини:

▪ Наночастки ловлять світло

▪ Платинова нитка для паливного елемента

▪ Вирощування м'яса із грибів

▪ Пластмаса з пір'я

▪ Текстиль для живлення вбудованої електроніки

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Історія техніки, технології, предметів навколо нас. Добірка статей

▪ стаття MTS-формат файлів сучасних відеокамер Мистецтво відео

▪ стаття Коли та в кого відібрали раніше вручену музичну премію Греммі? Детальна відповідь

▪ стаття Персонал котельні. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Удосконалений багатоіскровий блок запалювання. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Шість відповідних чисел. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт