Магнетизм

Существует такое интересное явление природы – магнетизм. Сначала люди открыли такую руду, которая притягивает железные опилки, и, в конечном счете, «намагничивает» их, то есть передает им магнитные свойства. Затем люди открыли, что электрический ток также обладает магнитными свойствами – в пространстве, окружающем проводник с электрическим током, действуют силы, вызывающие движение магнитной стрелки, то есть силы, которые совершенно в точности подобны тем, которые существуют вокруг магнитов. Такие силы назвали «магнитными силами», так же как мы называем «электрическими силами» те, что действуют на электрические заряды. Поскольку магнитные силы действуют в каждой точке окружающего магнит пространства, то удобно ввести понятие «магнитного поля» - такого особого вида материи (или, если угодно, энергии, что, как нам известно, одно и тоже в разных формах). Этот вид материи осуществляет взаимодействие между магнитами любого происхождения.

Затем обнаружили еще одно удивительное явление – да, вокруг движущихся электронов (а электрический ток – это и есть в грубом приближении движущиеся электроны) возникает магнитное поле, но и обратное верно – если в магнитном поле начать двигать кусок проволоки, в ней возникнет электрический ток! В силу этой глубокой взаимосвязи электричества и магнетизма сейчас мы уже говорим о едином «электромагнетизме».

Рассмотрим это явление – возникновение тока в проволоке, находящейся в магнитном поле. Поскольку мы двигаем проволоку, то вместе с ней начинают двигаться в магнитном поле и атомы, из которой состоит проволока, и находящиеся между атомами внутри проволоки свободные электроны (так устроены металлы – там вокруг атомов тусуются свободные электроны, и так как они жестко не связаны в атомах, то могут перемещаться при возникновении электрического напряжения - так и возникает ток). Но ведь если просто помахать проволокой, то электрический ток от этого в ней не возникнет. И раз он все-таки возникает в проволоке, движущейся в магнитном поле, то это и означает, что на движущиеся в магнитном поле электроны сразу же начинает действовать сила магнитного поля, которая и вызывает ток. Таким образом мы можем сформулировать, что на заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила. Эта сила называется «силой Лоренца».

Это тебя сильно удивит: если мы включаем электрический ток где-нибудь на электростанции в сотне километров от нашего дома, электричество в розетке появится немедленно. А между тем сами электроны в проводах перемещаются со скоростью… несколько миллиметров в секунду! Ну что, удивительно? А как же тогда получается, что ток возникает моментально? Простая иллюстрация может это пояснить. Представь себе поезд, стоящий в туннеле. Хвост его торчит из одного конца туннеля, а голова – из другого. Если я подцеплю к хвосту поезда атомовоз, возьму лопату, подброшу в котел урана-238 и хорошенько толкну, то с противоположного конца туннеля головной вагон немедленно рванется вперед – «ток пошел» почти мгновенно, хотя сами вагоны могут двигаться очень медленно.

Не в каждой точке магнитного поля его действие проявляется одинаково – где-то оно сильнее, где-то слабее. В таком случае мы говорим, что «напряженность» магнитного поля в этих точках различна. А теперь подумаем – как же количественно оценить эту самую напряженность (физики обозначают ее латинской буквой «H»)? Ответ просится сам – это ведь элементарно – мы же знаем, что магнитное поле вызывает электрический ток в движущихся проводниках. Так давайте измерим силу этого тока, вот и будет способ измерить напряженность! Действительно, это просто, и все-таки измерять силу тока – не самое удобное занятие. Гораздо удобнее измерять чисто механическую силу, с которой магнит действует на другой магнит, принятый условно за единицу магнетизма. Звучит сложно? Нет, это просто. Например, возьмем два одинаковых проволочных контура, и подвесим их на расстоянии 1 сантиметра друг от друга на веревочках длиной в 1 метр. Пустим по ним ток. Как только мы пустили по ним ток, они тут же превратились в магниты, стали источниками силы Лоренца и начали отталкивать друг друга. Будем увеличивать силу тока до тех пор, пока проволочки не разойдутся друг от друга на два сантиметра. И именно такую степень магнетизма примем условно за единицу. Потом вместо одной проволочки повесим обычный постоянный магнит и будем отщеплять от него кусочки до тех пор, пока расстояние между ним и оставшейся проволочкой не составит также 2 сантиметра – это и будет означать, что мы смогли сделать магнит с напряженностью в единицу. И в любой другой лаборатории физики смогут самостоятельно создать магнит с напряженностью в единицу.

Конечно, в реальной практике поступают несколько иначе, но я просто хочу показать, что это совсем не сложно – ввести условную единицу напряженности магнитного поля и, отталкиваясь от нее, проводить дальнейшие измерения.

Единица напряженности магнитного поля в системе СГС называется «эрстед» - в честь датского физика Ганса Эрстеда, впервые обнаружившего в XIX веке тот факт, что электрический ток порождает магнитное поле. Кстати, «ампер», «вольт» и «кулон» также названы по фамилиям физиков – это очень часто делается в физике. Точное определение эрстеда звучит теперь уже довольно понятным для нас образом: «один эрстед равен напряжённости магнитного поля, создаваемого на расстоянии одного сантиметра от бесконечно длинного прямолинейного проводника ничтожно малого кругового сечения, по которому пропускают ток силой пять ампер».

Ну и конечно, теперь осталось только вспомнить знаменитое своим смешным названием «правило буравчика». У этого правила есть и другое название, которое использовали физики сто лет назад, и оно называется «правило правой руки». Но сейчас мы живем в такое время, когда с одной стороны свободы стало больше, а с другой стороны она все еще считается непристойной, поэтому и «правило правой руки», и фразы типа «голубой воришка» из Ильфа и Петрова сейчас сопровождаются легким приступом помешательства. Хотя… нет, я передумал – не нужно нам сейчас правило буравчика – обойдемся без него – у нас сейчас в основном атомная физика.

Поиск по сайту: