1.5. Природные магниты. Их взаимодействие

Еще в древности были известны природные магниты.

Природные магниты — минералы, обладающие способностью притягиваться друг к другу, а также притягивать и удерживать небольшие кусочки железа.

!Существует два полюса магнитов — северный (n) и южный (s).

Отделить северный магнитный полюс от южного, т.е. получить изолированный магнитный полюс никому не удавалось.

Разноименные полюсы магнитов притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Взаимодействие магнитов напоминает взаимодействие наэлектризованных тел, но магнит не нуждается в таких предварительных операциях, как трение, для того, чтобы взаимодействовать; эта способность его не исчезает с течением времени, как у наэлек­тризованных тел. На протяжении многих веков взаимодействие магнитов и взаимодействие наэлектризованных тел путали, лишь Гильберту в конце XVI в. удалось доказать, что это не одно и то же. Как и в случае электрического взаимодействия, научного исследования магнитных свойств очень длительное время не велось. Начиная с работ английского ученого и врача Гильберта, исследование магнитов было поставлено на строгую научную основу. В сочинении под названием «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле», опубликованным в 1600 г., Уильям Гильберт (1540-1603 гг.) изложил свои соображения о неделимости полюсов магнитов; он догадался, что земной шар является гигантским магнитом, и поэтому магнитная стрелка компаса поворачивается определенным образом. Гильберт смог изготовить шаровой магнит и тем самым показал, что свойства шарового магнита подобны свойствам Земли. Это было экспериментальное подтверждение догадки ученого.

Количественное взаимодействие магнитов пытался изучать Кулон. Он использовал тот же метод, что и при изучении взаимодействия неподвижных электрических зарядов. Для выведения закономерности Кулон ввел понятие магнитного заряда. Ему удалось найти закон взаимодействия полюсов длинных магнитов (именно их он рассматривал как места сосредоточения магнитных зарядов — аналогов зарядов электрических). Закон этот оказался таким же, как и закон взаимодействия электрических зарядов. Невозможность разделить северный и южный полюса магнита Кулон объяснял неспособностью магнитных зарядов противоположного знака внутри молекул вещества свободно передвигаться из одной молекулы в другую, в чем, конечно же, ошибался. Кулон действовал по готовому «шаблону», надеясь, введение представления о магнитных зарядах исчерпывает проблему магнетизма. В действительности все оказалось гораздо сложнее.

Разгадали природу магнетизма после того, как научились создавать электрический ток — поток движущихся электрических зарядов — значительной силы, длящийся достаточно долго.

1.6. Электродинамические явления

Учение о магнетизме развивалось медленно. Долгое время считалось, что между электрическими и магнитными явлениями никакой связи не существует. Поэтому когда в 1802 г. итальянский физикДжованни Романъози (1761-1835 гг.) заметил, что находящаяся вблизи проводника, по которому течет ток, магнитная стрелка изменяет свое положение, он совершенно не оценил значения своего наблюдения.

Вторично это явление было открыто в 1820 г. датским физиком Гансом Христианом Эрстедом (1777-1851 гг.). Соединив длинным проводом полюсы гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально к параллельно подвешенной свободно магнитной стрелке. Как только был включен ток, стрелка немедленно отклонялась, стремясь стать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления тока стрелка отклонялась в другую сторону.

Открытие взаимодействия между током и магнитом было важным шагом на пути утверждения идеи единства сил природы.

Магнетизм и электричество обнаружили глубокую взаимосвязь, и это было доказано прямым опытом. Магнитная стрелка взаимодействовала лишь с движущимися зарядами, то есть когда по проводнику протекал электрический ток. Когда по проводнику не протекал электрический ток, взаимодействие магнитной стрелки с покоящимися зарядами не обнаруживалось.

Работа Эрстеда о поставленном эксперименте и выводах из него была написана на четырех страницах на латинском языке и разослана в различные страны. Сообщение Эрстеда поразило его современников. Французский физик Франсуа Араго (1786-1853 гг.), ознакомившись с работой Эрстеда, выступил на заседании Парижской Академии наук. Завершая выступление, он резюмировал: «Господа, происходит переворот!» Это был действительно переворот во взглядах ученых на природу магнетизма, на установление взаимосвязи электричества и магнетизма. Началась новая эпоха в учении об электричестве и магнетизме.