итными свойствами, называют его полюсами, в переводе с латыни слово «полюс» означает «предел, крайняя точка».
Проделав простейший опыт с двумя магнитами, легко убедиться, что у каждого из них полюсы (часто говорят полюса, с ударением на последнем слоге) имеют магнитные свойства двух разных сортов. Двум разным полюсам магнита дали названия северный и южный и тут же отметили очевидный факт: если сближать два магнита, то обнаружится, что их разноимённые магнитные полюсы (северный и южный) взаимно притягиваются, а одноимённые (северный и северный или южный и южный) отталкиваются
Здесь уместно отметить, что на самих магнитах, а также на рисунках северный магнитный полюс сокращённо обозначают буквой «С», а южный — буквой «Ю». Встречаются также обозначения N, скорее всего от немецкого слова Nord, голландского Nord или английского North — «север», и S от немецкого Sud или английского South «саус» — «юг».
Притяжение и отталкивание магнитных полюсов напоминает взаимодействие двух видов электрического заряда — положительного и отрицательного, но полного сходства здесь нет. Так, в частности, нельзя получить отдельно чисто северный или чисто южный магнит, как мы получали отдельно электрический «плюс» и «минус», накопив в каком-то предмете положительные или отрицательные заряды. Если вы захотите получить отдельно северный и южный магнитные полюсы и для этого распилите магнит посередине, то получите два новых магнита, и у каждого будет свои северный и южный полюсы.
Чтобы пояснить, почему это происходит, вернёмся к опытам с наэлектризованными палочками и попробуем ответить на вопрос, к которому раньше умышленно не привлекалось внимание читателя.
ВК-97.Познакомившись с электромагнитной индукцией, нетрудно понять, как из магнитной записи получают звук. Магнитная лента с записью (ВК-87) прилегает к воздушному зазору воспроизводящей головки (обычно для записи и воспроизведения используют одну переключаемую головку). Плёнка движется, и её намагниченность меняет магнитное поле сердечника (головки) и наводит в катушке меняющийся ток, такой же, какой участвовал в записи. Именно его громкоговоритель превращает в звук.
Т-90. Поляризация — физическое явление, которое объясняет некоторые загадочные электрические и магнитные процессы. Начиная знакомство с электричеством и повторяя опыты древних греков, мы наблюдали, как мелкие клочки бумаги притягивались к натёртой пластмассовой или стеклянной палочке. У стеклянной палочки после натирания, как потом выяснилось, в некоторых молекулах или атомах образовалась нехватка электронов, то есть появился положительный электрический заряд, появился «плюс». Такая палочка с избыточным положительным зарядом притягивает предметы с отрицательным зарядом, с «минусом». Но почему она притягивает мелкие кусочки бумаги? Откуда у них взялся этот «минус»? Ведь клочки бумаги никто не натирал, в них положительных зарядов столько же, сколько отрицательных, то есть кусочки бумаги электрически нейтральны, без какого-либо избыточного электрического заряда. Так почему же, не имея никакого электрического заряда, они притягиваются к электрическому «плюсу»?
ВК-98.Настал момент сказать нечто очень важное. Когда упоминалась скорость проводника и вспоминалось, что и как от неё зависит, надо бы заметить, что речь идёт о движении поперёк магнитного поля. Если обмотка ротора вращается (как провода рамки), то эта скорость максимальна лишь в районе полюсов магнита, при горизонтальном движении. Во всех остальных случаях нужно найти её составляющую, пересекающую в данный момент магнитное поле. Она, конечно, всегда будет меньше наибольшей скорости.
Р-32. КОМУ ТРУДНЕЕ, ТОТ ПОЛУЧАЕТ БОЛЬШЕ. Мы за короткое время обросли простыми объяснениями, настолько очевидными, что их легко усваивает даже тот, кто делает первые шаги в знакомстве с работающим электричеством. Возьмём, к примеру, цепь из четырёх последовательно соединённых сопротивлений 4, 20, 8 и 8 Ом (1), ясно, что ток во всех участках этой цепи должен быть одинаковым. Представьте себе, что ток в первом сопротивлении больше, чем во втором (не будем создавать путаницу — считаем, что ток идет от «плюса» к «минусу»). В этом случае на границе будет непрерывно накапливаться какое-то количество лишних зарядов — в резистор сопротивлением 20 Ом им пути нет, там ток меньше. А если в первом сопротивлении ток будет меньше, чем во втором, то в переходе между ними придётся как-то добывать заряды, чтобы добавить их к тому, что движется в первом резисторе. Оба эти варианта совершенно невозможны, и нужно согласиться с тем, что ток во всех участках последовательной цепи одинаковый. Ну а если сопротивления разные, если какому-нибудь из них нужно больше энергии, то ему достанется большая часть э.д.с., и напряжение на нём будет больше. В полном соответствии с законом Ома достанется больше напряжения. В электрической цепи автоматически установится режим, учитывающий разные потребности в энергии на преодоление разных сопротивлений. Об этом же напоминает вспомогательный рисунок (2), где спуск с горки с постоянной скоростью (аналог одинакового на всех участках тока) возможен потому, что участки с разным покрытием по-разному наклонены (аналог смены напряжений в зависимости от сопротивления участка электрической цепи).
Всё, оказывается, очень просто. Электрическое поле натёртой палочки воздействует на атомы, которые входят в состав бумаги, и несколько деформирует эти атомы. Их электроны, не уходя со своих орбит, тянутся к «плюсу» натёртой палочки (Т-8), и электронные орбиты становятся вытянутыми. Это нарушает своеобразную электрическую симметрию атомов, происходит их, как принято говорить, электрическая поляризация, то есть появление у атома электрических полюсов (Р-18). На том конце вытянутого атома, который ближе к натёртой стеклянной палочке, ближе к «плюсу», преобладает суммарный «минус» электронов, а с противоположной стороны в основном действует «плюс» ядра. Совершенно нейтральный по своему суммарному заряду атом превращается в электрический диполь — в частицу с двумя электрическими полюсами, положительным и отрицательным. Внешнее электрическое поле создаёт в кусочке бумаги сразу миллиарды таких атомов-диполей, все вместе они превращают в диполь весь этот кусочек бумаги, и он своим «минусом» тянется к «плюсу», к натёртой палочке.
Пытаясь объяснить свойства магнита, часто представляют его в виде огромного количества маленьких магнитиков, которые находятся в куске железа. В обычном состоянии железа эти элементарные магнитики расположены беспорядочно, хаотично, и в среднем их магнитные силы полностью друг друга нейтрализуют. Если же поместить кусок железа во внешнее магнитное поле, например, поднести этот кусок железа к постоянному магниту, то элементарные магнитики повернутся в одну сторону и примерно в таком положении останутся навсегда. И так же как совместное действие множества поляризованных атомов превращало весь кусочек бумаги в электрический диполь, точно так же суммарное упорядоченное действие множества магнитиков превратит кусок железа в большой магнитный диполь: на одном его конце обнаружится концентрация северных магнитных свойств (северный полюс), а на другом конце — южных (южный полюс). То есть под действием внешнего магнитного поля кусок железа намагнитится — превратится в постоянный магнит.
Именно таким намагничиванием можно объяснить притягивание булавки к постоянному магниту. Сначала магнит намагничивает булавку, поляризует её — создаёт у неё северный и южный магнитные полюсы. Ну а после этого булавка, как любой другой магнит, своим северным полюсом притягивается к южному полюсу постоянного магнита, или наоборот — южным полюсом к северному. Модель постоянного магнита, состоящего из элементарных магнитиков, помогает понять, почему этот магнит невозможно разделить на отдельные северную и южную части. Кстати, при более подробном знакомстве (Т-91) мы увидим, что эта очень упрощённая модель не так уж далека от истины.
Несколько слов о двух особо популярных магнитах — это стрелка компаса и земной шар. Стрелка компаса — обычный постоянный магнит, или, лучше сказать, лёгкий магнитик, который может свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости. И наша Земля тоже магнит, в районе Северного географического полюса находится южный магнитный полюс Земли, а её северный магнитный полюс находится в районе Южного географического полюса, в центре Антарктиды. Отсюда ясно, почему северный магнитный полюс стрелки (он, как правило, окрашен в красный цвет) всегда смотрит на Север, где находится земной южный магнитный полюс, — разноимённые магнитные полюсы притягиваются.
Выполнив небольшую и несложную программу предварительной подготовки, мы можем вернуться к интригующему вопросу о природе магнетизма.
ВК-99. Электрогенератор сам в принципе ничего не выдаёт, это просто необходимый нам преобразователь энергии. Чтобы генератор дал обещанную электрическую мощность, нужно, чтобы двигатель затратил чуть большую мощность, вращая ротор генератора. На большинстве электростанций это делают в основном мощные паровые турбины, которые в свою очередь используют энергию органического топлива — нефти, угля, газа. Примерно 15 % мощности приходится на гидростанции и столько же — на атомные.
Р-33. ЭТОГО РЕЗИСТОРА ЛУЧШЕ БЫ НЕ БЫЛО ВООБЩЕ, НО ОН, К СОЖАЛЕНИЮ, ВСЕГДА ЕСТЬ. На рисунке вы видите пять одинаковых условных схем, помогающих объяснить важную особенность любого электрического генератора. На каждой схеме мы, прежде всего, видим два выходных провода, по которым генератор выдаёт во внешний мир свою продукцию — электродвижущую силу (э.д.с.) Uг. К этим проводам подключается нагрузка Rн. Как только нагрузка будет включена, во внешней цепи и в самом генераторе появится ток, он как раз и будет перебрасывать электрическую мощность оттуда, где она была создана, туда, где она будет выполнять какую-то работу. Этот ток пройдёт через внутреннее сопротивление генератора