Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Т-47. Первопричина всех магнитных явлений — движение электрических зарядов. Знакомство с магнетизмом так же, как и с электричеством, начинается с простейших опытов (Р-31). Магнит притягивает к себе железную булавку, и та, преодолевая силу тяжести, подскакивает вверх.

Р-31

Магнитная стрелка компаса, как бы вы этот компас ни повернули, всегда смотрит в одну сторону, как будто ее острие тянет, какая-то невидимая сила. А если поднести к компасу магнит, то стрелка, позабыв обо всем на свете, поворачивается к этому магниту и потом уже неотступно следует за ним, если магнит двигать вокруг компаса. Все это не гравитационные взаимодействия (масса Земли тянула булавку вниз, а она все же подскочила к магниту), не электрические (магнит не притягивает клочки бумаги, как наэлектризованная расческа), это нечто совсем иное, новое, не похожее ни на что другое.

Магнетизм относится к числу основных, фундаментальных явлений природы, и магнитные свойства вещества могут быть поставлены в один ряд с массой и электрическим зарядом. Магнетизм так же, как и электричество, был замечен человеком несколько тысячелетий назад. Разумеется, этот новый вид притягивающих сил так же, как и электричество, в те времена нельзя было объяснить. Их можно было только назвать. И назвали новые, ни на что другое не похожие свойства вещества магнитными свойствами, магнетизмом. Потому, что эти свойства, эта загадочная способность притягивать железо, были обнаружены у руды из месторождений вблизи города Магнезия, одного из древних городов Малой Азии. От этой Магнезии и пошло слово «магнит».

Понять происхождение магнитных свойств тоже помогают простейшие опыты. Но для таких объясняющих опытов придется уже добыть кое-какое современное лабораторное оборудование — батарейку для карманного фонаря, кусок провода и пару лампочек.

Соберите из этих элементов простейшую электрическую цепь, показанную на Р-31;3, и поднесите к проводу, по которому идет ток, компас (Р-31;4) — стрелка компаса повернется в сторону проводника. Подключите параллельно первой лампочке вторую, увеличив тем самым ток в общем проводе (Р-31;5), — стрелка отклонится сильнее. Уменьшите ток, включив лампочку последовательно, — отклонение стрелки уменьшится. Смените полярность подключения батареи и тем самым измените направление тока (Р-31;6) — стрелка повернется в противоположную сторону. И последнее: разорвите цепь, прекратите ток в ней — и стрелка компаса тут же вернется в исходное состояние: позабыв о проводнике, на который она только что равнялась, стрелка будет, как всегда, показывать на север (Р-31;2).

Из всех этих опытов можно сделать вывод: магнетизм порождается электрическим током, и чем сильнее ток в проводнике, тем более сильным магнитом становится этот проводник. Глубокие исследования привели к еще более категорическому выводу: никакого самостоятельного магнетизма вообще нет, магнетизм порождается электричеством, магнитные свойства появляются у движущихся электрических зарядов, и только у движущихся электрических зарядов.

Но откуда же тогда берутся магнитные свойства у постоянных, железных магнитов, скажем у стрелки компаса? Их тоже создает движение зарядов, но на этот раз движение зарядов в мире атомов и молекул.

Каждый электрон сам по себе обладает некоторыми магнитными свойствами, и, кроме того, в каждом атоме есть свои внутренние электрические токи — движение электронов по орбитам. Именно эти орбитальные токи вместе с собственным магнетизмом электронов могут превратить атом в микроскопический магнит. Но у всех веществ эти микроскопические магнитики как-то взаимно нейтрализуют друг друга, а у постоянных магнитов магнитные свойства многих атомных токов-магнитов суммируются. Конечно, в действительности все происходит не так-то просто, но результат именно такой: постоянные магниты своими магнитными свойствами обязаны движению зарядов (Р-32;7,8).

Р-32;7,8

Пытаясь подвести итог и несколько утрируя для этого истинную картину, отметим: янтарная палочка — это всего лишь янтарная палочка; натертая янтарная палочка — это электрический заряд, и, наконец, натертая янтарная палочка, если ею размахивать в воздухе, — это уже магнит.

Т-48. Магнитное поле всегда замкнуто. Вокруг всякого движущегося заряда существует уже не только электрическое поле, как вокруг неподвижного (Т-25), но также магнитное поле, еще одна особая форма материи, еще одно невидимое, неслышимое, неосязаемое Нечто. Чтобы убедиться, что в какой-то точке пространства есть электрическое поле, достаточно сунуть в эту точку пробный электрический заряд: если электрическое поле есть, то оно будет пытаться сдвинуть этот заряд с места. Обнаружить магнитное поле можно с помощью пробной магнитной стрелки: если магнитное поле есть, то стрелка будет поворачиваться в сторону действия магнитных сил.

Эксперименты с магнитной стрелкой убеждают, что магнитное поле всегда замкнуто, что у него, как у бублика, нет начала и нет конца (Р-32;1).