Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

• Название: Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: Энергоатомиздат
• Жанр: Физика
• Год: 1988
• ISBN: 5-283-02929-8

В популярной и занимательной форме рассказывается об истории решения проблемы, волнующей в равной степени и ученых, и инженеров. Эта проблема — получение сильных магнитных полей. Известно, что чем большее магнитное поле удается создать в машине, тем меньшие габариты она имеет и дешевле стоит. Ученые разработали несколько эффективных способов получения сильного магнитного поля. Об успехах и неудачах на этом пути и рассказывается в книге.

Для учащихся старших классов, читателей, интересующихся историей и современными достижениями науки и техники.

---

членом многих авторитетнейших научных обществ, в том числе Лондонского

Королевского общества и Академии Франции, англичане присудили ему медаль Копли,

а из Франции он получил давно заслуженный им приз в 3000 золотых франков,

некогда назначенный Наполеоном для авторов самых крупных открытий в области

электричества.

Принимая все эти почести, Эрстед никогда не забывал о том, что новый век требует

нового подхода к обучению. Он основал в Дании общество для поощрения научных

занятий. Польщенный европейской славой Эрстеда, король Фредерик VI пожаловал ему

Большой крест Данеборга — высшую награду и, кроме того, разрешил основать

Политехнический институт. В те же годы Эрстед организует литературный журнал,

читает просветительные лекции для женщин, покровительствует "маленькому Гансу

Христиану", своему тезке, будущему великому писателю Гансу Христиану Андерсену.

Он совершает десятки заграничных поездок, блестяще овладевает немецким,

французским, английским, латинским языками, на которых он читает лекции о науке

и литературе. Эрстед становится национальным героем.

Он скончался 9 марта 1851 г. Хоронили его ночью. Толпа из двухсот тысяч человек,

освещая путь факелами, провожала своего героя в последний путь. Звучали траурные

мелодии, специально сочиненные в его память. Ученые, правительственные

чиновники, члены королевской семьи, дипломаты, студенты, горожане восприняли его

смерть как личную потерю. За многое они были благодарны ему. И не в последнюю

очередь за то, что он подарил миру новые тайны.

Железо обзаводится "помощником"

До XVIII века cлова "магнит" и "железо" были синонимами. Затем на авансцену

уверенно вышел электрический ток, он стал хозяином положения. А железо? Уже

"мягкое", а не "жесткое", оно превратилось в своеобразный усилитель магнитного

поля, повышая его в сотни раз!

Мало кому заметный, но поистине радикальный переворот от железа к железу с током

совершился в 20-е годы прошлого столетия в лабораториях ученых.

После опубликования памфлета Эрстеда многие заинтересовались проблемами

электромагнетизма: в том же 1820 г. Араго продемонстрировал проволоку с током,

облепленную железными опилками, а Ампер доказал, что спираль с током — соленоид

— обладает всеми свойствами природного магнита, притягивая мелкие железные

предметы.

Что касается первого электромагнита, т. е. катушки, обтекаемой током и содержащей

внутри железный сердечник, то его изобретения пришлось ждать еще пять лет. Это

устройство создал Вильям Стерджен.

Он родился в Ланкастере в 1783 г. в семье сапожника. Отец не уделял семье ни

малейшего внимания; он наслаждался жизнью, удил рыбу и слыл большим любителем

петушиных боев. Молодого Вильяма послали учиться мастерству к сапожнику, и тот,

по-видимому, держал его в черном теле. Вильям голодал, и поэтому, как только

представился случай, сбежал от сапожника в воинскую часть. Было ему в то время

девятнадцать лет. Через два года Вильям дослужился до артиллериста, он много

читал, ставил физические и химические опыты.

Однажды, когда их часть стояла на острове Ньюфаундленд, налетел страшный ураган,

сопровождавшийся молниями и громом. Ураган произвел на Вильяма неожиданно

сильное впечатление и привлек его внимание к электричеству. Он стал читать книги

по естествознанию, однако вскоре с горечью понял, что ничего в них не понимает.

Тогда он решил начать с самых азов и занялся письмом, чтением и грамматикой.

Сержант тон же части снабжал его книгами, которые Вильям, освободившись от

вахты, читал по ночам. Вскоре он перешел к математике, мертвым и новым языкам,

оптике и естествознанию. Его страстью в свободное время было ремонтировать часы

и чертить.

После освобождения от воинской службы в 1820 г. Стерджен купил токарный станок и

посвятил себя изготовлению физических приборов, в частности электрических.

Благодаря поддержке известного тогда химика Джеймса Марша он был назначен

лектором в Военную академию Ост-Индской компании в Аддискомбе, где и преподавал

до 1838 г.

Первым вкладом Стерджена в науку стала разработка им модифицированной модели

вращающихся цилиндров Ампера, описанной в "Философском журнале" в 1823 г. На

следующий год он написал четыре статьи по термоэлектричеству, а 23 мая 1825 г.

представил Обществу искусств несколько усовершенствованных приборов для

электромагнитных экспериментов, среди которых был ставший теперь знаменитым

первый электромагнит. Идея цилиндрического и подковообразного магнитов захватила

его еще в 1823 г. Тогда Стерджен и построил вращающееся "колесо Стерджена" —

фактически одну из первых модификаций электромотора.

Стерджен сделал ряд очень важных открытий, о которых написал несколько статей,

однако "Философский журнал", для которого они предназначались, отказался их

печатать, и Стерджену не оставалось ничего, как создать свой собственный журнал

— "Анналы электричества".

Музей науки в Манчестере, директором которого стал Стерджен в 1840 г., был

слишком научным, чтобы быть прибыльным, и Стерджен жил в бедности. В 1850 г.

изобретатель электромагнита умер, так и не получив в награду за свое великое

изобретение ни богатства, ни славы.

Ученик Стерджена, знаменитый английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, писал, что

Стерджен был высокого роста и хорошо сложен, обладал благородной внешностью и

приятными манерами. К сожалению, портрета его не сохранилось. На его могильной

плите выбито: "Здесь лежит изобретатель электромагнита…"

Первый в мире электромагнит, продемонстрированный Стердженом 23 мая 1825 г.

Обществу искусств, представлял собой согнутый в подкову лакированный железный

стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной

медной проволоки. Электроэнергией он снабжался от гальванической батареи

(вольтова столба). Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно

превосходил по силе природные магниты такой же массы. Это было блестящее по тем

временам достижение.

Сам Стерджен особенно высоко оценивал свою идею, связанную с заменой жесткого

железа мягким. Ученый свободно оперировал такими понятиями, как "магнетизм",

"магнитная энергия", "однородность магнитного материала", "отжиг железа" и т. д.

Правление общества оценило заслуги Стерджена. Он получил медаль и денежную

премию, а первый электромагнит был выставлен в музее общества.

Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стерджена, сумел довести его

подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.

В 1828 г. лондонский часовой мастер Воткинс изготовил электромагнит, который

поднимал 30 кг.

Тогда же профессор Молл из Утрехта, взяв за основу конструкцию Воткинса,

изготовил магнит, "поднимавший наковальню массой 60 кг и не поднимавший

наковальню массой 80 кг".

В 1832 г. Стерджен изготовил магнит, поднимавший 160 кг, но уже в том же году

Марш создал магнит, способный поднять более 200 кг. Однако Стерджен не собирался

терять первенства. По его заказу в 1840 г. был выполнен электромагнит, способный

поднять уже 550 кг!

К тому времени у Стерджена нашелся очень сильный соперник за океаном. В апреле

1831 г. профессор Йельского университета Джозеф Генри (его именем названа единица

индуктивности) построил электромагнит массой около 300 кг, поднимавший около 1

т.

Все эти магниты по конструкции представляли собой подковообразные стержни,

обмотанные проволокой. Джоуль в ноябре 1840 г. создал магнит собственной

конструкции, в виде толстой стальной трубы, разрезанной вдоль оси. Сечение этого

магнита было очень большим, магнит оказался компактным и поднимал 1,3 т. В то же

время Джоуль построил магнит совершенно новой конструкции — притягиваемый груз

испытывал действие не двух полюсов, как обычно, а значительно большего

количества, что позволило резко увеличить поднимаемый груз. Магнит массой 5,5 кг

удерживал груз массой 1,2 т.

Сейчас трудно себе представить, насколько тяжело было тогда создавать

электромагниты. Ведь даже закон Ома инженерам в то время не был известен.

Когда немецкий учитель Георг Симон Ом положил на стол ректора Берлинского

университета свою диссертацию, где впервые был сформулирован закон, без которого

невозможен ни один электротехнический расчет, он получил весьма резкую отповедь.