Глава X. Основные магнитные явления

§ 112. Естественные и искусственные магниты. Прежде чем углублять наши знания о магнитных явлениях, на­помним некоторые известные факты.

1. В природе встречаются некоторые железные руды, обладающие способностью притягивать к себе находя-

Рис. 192. Естественный магнит: а) магнитная руда притягивает к себе железные опилки; 6) магнитная руда, подвешенная на нити, устанав­ливается определенным образом — с севера на юг (N-+S)

щиеся поблизости небольшие железные предметы, напри­мер железные опилки или гвозди (рис. 192, а). Если кусок такой руды подвесить на нити, он установится по длине

Рис. 193. Железный гвоздь, поднесенный к магниту, сам намагничи­вается и притягивает к себе железные опилки

в направлении с севера на юг (рис. 192, б). Куски такой руды называются естественными магни­тами.

2. Кусок железа или стали, на­ходящийся вблизи магнита, сам намагничивается, т. е. приобретает способность притягивать к себе другие железные предметы (рис. 193). Магнитные свойства этого куска железа или стали прояв­ляются тем сильнее, чем ближе он находится к магниту. Особенно сильно намагничивание в том случае, когда железо притянуто к магниту вплотную.

3. После удаления магнита намагнитившийся под его действием кусок железа или стали теряет значительную часть своих магнитных свойств, но все же остается в боль­шей или меньшей мере намагниченным. Он превращается, таким образом, в искусственный магнит, обладающий всеми теми же свойствами, что и магнит естественный. В этом можно убедиться при помощи такого простого опыта. На рис. 194, а стальной брусок 1, притянутый к концу

V

Рис. 194. Намагничивание железных предметов возрастает по мере приближения их к магниту, а) брусок 1, притянутый к магниту вплот­ную, намагничивается настолько сильно, что удерживает всю цепочку 2—5; б) магнит отодвинут от бруска 1, намагничивание ослабло и це­почка распалась

магнита, сам намагнитился настолько сильно, что удер­живает груз, состоящий из нескольких таких же брусков 2—5. В свою очередь каждый из этих брусков удерживает силами магнитного притяжения все бруски, расположен­ные ниже его. Таким образом, вся цепочка висит, удер­живаясь силами магнитного притяжения, которые урав­новешивают силы тяжести, действующие на бруски. Если мы немного отодвинем магнит, придерживая пальцами верх­ний брусок, то цепочка рассыплется: бруски размагничи­ваются настолько, что каждый из них уже не в состоянии удержать нижние бруски (рис. 194, б). Однако каждый из брусков сохранил известную долю намагничивания. До­статочно внести какой-нибудь из этих брусков в железные опилки, и мы увидим, что они пристанут к его концам.

То намагничивание, которое имело место, когда кусок железа находился вблизи магнита, называют временным намагничиванием, в отличие от постоянного, или остаточ­ного, намагничивания, которое сохраняется и после уда­ления магнита.

Опыты такого рода показывают, что остаточное намаг­ничивание, вообще говоря, значительно меньше времен­ного; у мягкого железа оно составляет лишь небольшую долю его.

4. Как временное, так и остаточное намагничивание различны для разных сортов железа и стали. Временное намагничивание мягкого, отожженного железа значи­тельно сильнее, чем неотожженного железа или стали. Напротив, остаточное намагничивание стали, особенно некоторых специальных сортов ее, например содержащих примесь кобальта, значительно больше, чем остаточное намагничивание мягкого железа. Таким образом, если мы возьмем два одинаковых бруска — один из мягкого же­леза, другой из стали — и поместим их вблизи одного и того же магнита, то железный брусок намагничивается значительно сильнее, чем стальной. Но когда мы магнит уберем, то железный брусок размагнитится почти полно­стью, а стальной сохранит заметную долю своего намаг­ничивания. В результате стальной брусок превратится в значительно более сильный постоянный магнит, чем же­лезный. Поэтому постоянные искусственные магниты всегда изготавливают из специальных сортов стали, а не из железа. .

5. Искусственные магниты, получаемые путем простого размещения куска стали вблизи магнита или прикосно­вением его к магниту, довольно слабы. Более сильные магниты получаются, если натирать стальную полосу магнитом в одном направлении. Однако и в этом случае мы всегда получаем магнит более слабый, чем тот, при помощи которого производилось намагничивание. Вся­кого рода удары и встряхивание во время намагничива­ния благоприятствуют ему. Напротив, сотрясения гото­вого постоянного магнита, а также резкие изменения его температуры способствуют размагничиванию.

Остаточное намагничивание зависит не только от материала, но и от формы намагничиваемого тела. Сравнительно короткие и толстые бруски из мягкого железа, как мы говорили, размагничиваются после удаления магнита почти полностью. Но если из того же железа мы при­готовим проволоку, длина которой в 300—500 раз больше ее диаметра, то эта проволока, не свернутая в бухту нли клубок, в значительно боль­шей степени сохраняет свое намагничивание.

^ 112.1. Вертикальный магнит притягивает к себе железный ша-

• рик, помещенный на таком расстоянии от магнита, что это при- тяжение уравновешивает силу тяжести, действующую на шарик, так что он может висеть в воздухе без опоры. Устойчивым будет это равновесие или неустойчивым? Куда будет двигаться шарик, если мы чуть-чуть поднимем или опустим его из положения рав­новесия?

2. Железный кубик, лежащий на гладком стекле, притягива­ется к магниту, тоже лежащему на этом стекле. Кубик скользит по стеклу. Как он движется: равномерно, равноускоренно или со все возрастающим ускорением?

§ 113. Полюсы магнита и его нейтральная зона. Посмотрим, одинаковы ли магнитные свойства естественного или ис­кусственного магнита в разных точках его'поверхности. Возьмем железный шарик, укрепленный на одном конце слабой спиральной пружинки. Прикоснемся этим шариком к какому-нибудь месту магнита, а затем будем отрывать шарик, растягивая пружинку (рис. 195). Растяже­ние пружинки в момент отры­ва шарика дает нам нагляд­ное представление о той си­ле, которая необходима, чтобы

сила притяжения мала, у кон­цов его—велика. Об этом можно судить по растяже­нию пружины в момент от­рыва железного шарика от магнита

йШг

Рис. 196. Железные опилки при­стают в виде «бороды» к кон­цам магнита и не пристают к его середине

преодолеть притяжение шарика к данному месту маг­нита. Оказывается, что в одних точках — у концов маг­нита,— для того чтобы оторвать шарик, требуется до­вольно значительное усилие, а в других точках — у сере­дины магнита — шарик почти не притягивается к нему. По этой же причине, если погрузить магнит в железные опилки и затем вынуть его, мы увидим, что опилки при­стают в виде густей «бороды» к концам магнита и не при­стают к его середине (рис. 196).

Те части поверхности магнита, в которых притяжение железных предметов проявляется заметным образом, на­зывают полюсами магнита, а та часть поверхности маг­нита, в которой силы притяжения не обнаруживаются или очень слабы, называется нейтральной зоной магнита.

Обычно искусственным магнитам придают вид поло­сы — прямой или подковообразной (рис. 197). Такие магниты почти всегда имеют два полюса на концах полосы и нейтральную зону между ними. Можно, однако, намаг­нитить кусок стали так, чтобы он имел не 2, а 4, 6, . . . полюсов, разделенных нейтральными зонами. Но, что особенно важно отметить, никогда не удается получить магнит с нечетным числом полюсов. В частности, невоз­можно получить магнит с одним полюсом.

257

9 Элементарный учебник физики, т. II

Соотношение между размерами, полюсных областей и нейтральной зоны зависит от формы магнита.

Если изготовить магнит в виде очень длинного и тон­кого стержня, то полюсные области его сводятся почти к

б) подковообразная. При хранении концы магнита соединяют желез­ным бруском (якорем), чтобы предохранить магниты от размагничи­вания

точкам, лежащим у концов магнита, а вся остальная по­верхность представляет собой нейтральную зону. По­добный удлиненный магнит можно назвать магнитной стрелкой. Часто магнитной стрелке придают вид вытяну­того ромба (рис. 198). Если такую стрелку подвесить или

Рис. 198. Магнитные стрелки в виде вытянутого ромба: слева — под­вешенная на нити, справа — укрепленная на острие

укрепить на острие так, чтобы она могла свободно вра­щаться, то она всегда устанавливается так, чтобы один из ее полюсов был обращен к северу, а другой к югу; точно так же ориентируется и любой магнит, подвешенный на тонкой, легко закручивающейся нити. Тот полюс магнита, который поворачивается к северу, называют северным полюсом, а другой полюс — южным. .

Магнитные стрелки особенно удобны для обнаружения магнитных свойств естественного или искусственного маг­нита. Приближая к стрелке магнит, мы увидим, что ее северный полюс притягивается к южному полюсу маг­

нита и отталкивается от северного (и наоборот), так что магнитная стрелка под действием магнита поворачивается на своей оси. Способность магнита поворачивать и притя­гивать железные тела сводится к таким же действиям: приближение магнита к железу прежде всего намагни­чивает железо, т. е. обращает его в слабый магнит, кото­рый поворачивается нашим магнитом и притягивается к нему.

С помощью магнитной стрелки можно-легко различить, имеем ли мы дело с ненамагниченным куском железа или с магнитом. Поднося к концу стрелки магнит, мы вызовем или притяжение или отталкивание в зависимости от того, сближаются ли одноименные или разноименные полюсы стрелки и исследуемого магнита. Т1рн поднесении же к концу стрелки железа мы всегда обнаружим притяжение; ближайший к полюсу стрелки конец железа всегда намаг­ничивается противоположно этому полюсу; второй, уда­ленный конец железного куска намагничивается, конечно, противоположно ближнему концу, т. е. одноименно с рас­сматриваемым полюсом стрелки, но его взаимодействие со стрелкой будет гораздо слабее, и мы обнаружим только взаимодействие разноименных полюсов, т. е. притяжение стрелки к железу.

? 113.1. Имеется стальная спица. Как узнать, намагничена ли она, не пользуясь ничем, кроме этой спицы?

2. Имеются два стальных бруска, из которых только один намагничен. Как узнать, какой именно брусок намагничен, не пользуясь ничем, кроме этих брусков?