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.

---

Про крючки и петли сказано, может быть, слишком конкретно. Однако каждому ясно,

что древние отлично понимали главное. Кроме магнита есть нечто, его окружающее.

Можно говорить о душе, об атмосфере, об истечениях или исторгаемых наружу

семенах. Сейчас это называют магнитным полем. Именно оно тянет железо к магниту!

Великолепная картина, данная Лукрецием, поэтически перелагает тезис Эпикура:

"Фигуры атомов и неделимых тел, истекающих из камня и из железа, так подходят

друг к другу, что легко сцепляются между собой; итак, ударившись о твердые части

камня и железа, а затем отскочив в середину, они одновременно и связываются друг

с другом, и влекут железо".

Великий Платон, философ-идеалист, так комментировал механизм магнитных действий:

"…ввиду того, что не бывает никакой пустоты, эти тела со всех сторон толкают

друг друга, и когда они разделяются и соединяются, все, обменявшись местами,

переходят на свое обычное место. Вероятно, те, кто произведет правильное

исследование, придут в изумление от этих запутанных взаимоотношений".

Что и говорить, повествуя о "запутанных взаимоотношениях", Платон был

удивительно дальновиден. Последующие открытия убедили ученых в том, что природа

магнетизма гораздо сложнее, чем зацепления с помощью крючков и зацепок.

Механистических представлений древних оказалось недостаточно, чтобы справиться с

описанием магнитных явлений. Даже сейчас, когда мы очень многое знаем о природе

магнетизма и благодаря этим знаниям сумели создать ряд исключительно важных

магнитных материалов, еще остаются, к сожалению, справедливыми слова великого

Гильберта: "Скорбите и плачьте, ученые, по поводу того, что ни прежние

перипатетики, ни сами вульгарные философы, ни Иоанн Костей, высмеивающий все

это, не могли постичь этой столь благородной и замечательной природы".

Действительно, почему все же железо притягивает? В чем сущность магнитного

притяжения? Вопрос этот волнует людей уже давно.

Тысячи лет назад кабиры (так называли бродячих фокусников Древней Греции)

странствовали по своей земле и давали в тени олив удивительные представления.

Одно из них всегда приковывало внимание обитателей окрестных селений. То, что

делали кабиры, внушало благоговейное почтение к их тайному могуществу.

Несколько тяжелых железных колец висели, ничем не связанные между собой, одно

под другим, не падая. Казалось, могущественный Зевс, сильный и невидимый,

поддерживает ладонями на весу эти кольца.

Секрет кабиров заключался в том, что кольца эти были сделаны из "геркулесова

камня", добывавшегося где-то в Маниссе.

Уникальная способность магнита притягивать железные предметы ассоциировалась в

воображении древних с плотской любовью, и поэтому первые объяснения

притягивающего действия этих камней были связаны с приписыванием магниту

женского, а железу мужского начала. Иногда считали и наоборот. Это, конечно,

нисколько не меняло дела. Суть сводилась к тому, что любые "притяжения", в том

числе и притяжение магнита, были механически приравнены одно другому. Стремление

пылинок к потертому о шерсть янтарю, металлических колец — к магниту, одного

человека — к другому считали явлениями одного порядка. В обширную за счет этого

коллекцию "магнитов" попали многие, весьма странные с современной точки зрения

экспонаты. Так, в свое время писали о "креагическом", или "мясном", магните,

поскольку некоторые ученые видели, как куски мяса пристают к губе.

Гильберт когда-то писал: "Пламя серы притягивает, так как оно похищает некоторые

металлы благодаря своей способности проникать внутрь их. Так белая нефть

привлекает пламя, так как она испускает и испаряет воспламеняющийся газ, почему

она на некотором расстоянии и воспламеняется; таким же образом дым только что

потушенной свечи воспринимает пламя от другого пламени: ведь огонь ползет к огню

сквозь воспламеняющуюся среду…"

В семейство "магнитов" попали также: рыба-прилипала; морские моллюски,

присосавшиеся к днищу корабля; камень сагдон, к которому якобы притягиваются

деревья, причем с такой силой, что оторвать их можно только, обрубая сучья и

ветви; камень катохит, притягивающий к себе мясо (как впоследствии выяснилось,

этот камень "от его липкости и присущего ему клея" пристает к теплым рукам).

Воображением и наблюдательностью наших предков было образовано и семейство

"антимагнитов", т. е. семейство существ и веществ, взаимно отталкивающихся. В это

семейство попали и антипатичные друг другу люди; и пламя свечи, отталкивающееся

от магнита; и масло, отталкивающее воду.

"…Плиний, выдающийся человек и лучший из тех, кто делал выписки (ведь он

передал потомству не всегда и не преимущественно то, что он видел и открыл сам,

а чужое), списал у других сказку, ставшую в новое время, благодаря частым

пересказам, общеизвестной: в Индии, у реки Инда, есть две горы; природа одной,

состоящей из магнита, такова, что она задерживает всякое железо; другая,

состоящая из феамеда, отталкивает железо. Так, если в обуви имеются железные

гвозди, то нет возможности оторвать подошвы от одной из этих гор, а на другую

нет возможности ступить". Альберт Великий пишет, что в его время был найден

магнит, который одной своей стороной притягивал к себе железо, а другой,

противоположной, отталкивал его, — указывал Гильберт, человек, на долю которого

выпало разделить все эти явления "притяжения и отталкивания" на соответствующие

категории и выделить из них лишь то, что непосредственно касается магнита.

Гильберт отверг всякие рассуждения о феамеде — веществе, отталкивающемся от

железа. Может быть, это была ошибка Гильберта.

Сегодня хорошо известно, что есть материалы, которые магнитом отталкиваются. К

их числу, например, принадлежит медь. Правда, это отталкивание очень слабое, но

кто знает — не могли ли древние каким-то образом заметить его и создать свое

учение о феамеде — антимагните.

Сейчас такие вещества называют диамагнетиками.

Вещества, притягивающиеся к магниту, называют парамагнетиками и

ферромагнетиками. Свойство притяжения в наибольшей степени присуще

ферромагнетикам, и в первую очередь железу, никелю и кобальту.

Причиной магнитных свойств единодушно считают вращение заряженных электронов

вокруг ядра атома и собственное вращение электрона вокруг оси (спин). Всякое

движение заряда — это электрический ток, а каждый ток создает магнитное поле.

Магнитные свойства атомов, так же как и все их свойства, находят отражение в

Периодической системе элементов Д.И.Менделеева. Изменению номера элемента в

таблице Менделева соответствует изменение структуры электронных оболочек атома.

Структуры оболочек ферромагнитных атомов таковы, что все электроны, грубо

говоря, вращаются в одну сторону, создавая сильный суммирующий магнитный момент.

В неферромагнитных же атомах магнитные моменты электронов направлены в разные

стороны, что приводит к их взаимной компенсации.

В ненамагниченном ферромагнетике магнитный момент тела в целом равен нулю. Это

объясняется тем, что в ферромагнетиках все атомы делятся на группы — так

называемые домены. Каждый из доменов, видимый невооруженным глазом, содержит

миллиарды атомов, ориентированных в одном направлении, и, таким образом, имеет

солидный суммарный магнитный момент. Однако тело в целом магнитным моментом не

обладает, поскольку домены в теле расположены хаотично.

Помещая тело в магнитное поле, мы способствуем тому, что все домены постепенно

ориентируются в направлении внешнего магнитного поля и их магнитные свойства

суммируются. Сняв внешнее магнитное поле, получим новый магнит — ферромагнитное

тело, в котором все домены намагничены в одном направлении. Если мы хотим в

течение длительного времени сохранить магнитные свойства "рукотворного магнита",

нужно приложить усилия к тому, чтобы домены не вернулись к прежнему хаотическому

расположению. Для этого магнит не нужно трясти и нагревать.

Почему же намагниченные тела притягиваются? Теория утверждает, что всякая

система пытается принять такое положение, в котором ее энергия минимальна.

Почему камень падает на землю? Он падает на землю потому, что стремится занять

такое положение, в котором его потенциальная энергия будет минимальной. Другими