Магнетизм и электромагнетизм

Еще в глубокой древности люди заметили, что некоторые железные руды обладают свойством притягивать к себе железо, сталь, чугун и некоторые сплавы.

Это свойство получило название магнетизма, а носители этих свойств в природе — естественных магнитов. Естественные магниты имеют очень слабые силы притяжения и поэтому широкого применения в практике не нашли.

Заметив, что при соприкосновении стали, железа и некоторых сплавов с магнитом в них наводятся магнитные силы, люди научились делать из металла искусственные магниты.

Такие искусственные магниты способны сильнее, чем естественные, притягивать к себе стальные и железные предметы. Примером одного из первых искусственных магнитов может служить стрелка компаса.

Самые большие силы притяжения магнита сосредоточены на двух его концах — на так называемых полюсах магнита. В средней части магнита силы притяжения отсутствуют, и поэтому она называется нейтральной.

Рис. Расположение железных опилок по магнитным силовым линиям: 1 — лист бумаги с опилками; 2 — магнит

Если магнит подвесить на нитке за среднюю часть, то один из его полюсов повернется на север, другой — на юг. Поэтому и различают у магнита северный и южный полюса.

Пространство, в котором действуют силы магнитного притяжения, называется магнитным полем, а направления действия сил магнитного притяжения — магнитными силовыми линиями. Магнитные силовые линии отчетливо видны, если на лист бумаги равномерно насыпать железные опилки, а снизу поднести магнит.

Подобно электрическим зарядам магниты обладают свойством притягиваться один к другому или отталкиваться один от другого в зависимости от того, какими полюсами они соприкасаются. Так, например, если поднести один к другому два магнита разноименными полюсами (например, северный полюс одного магнита к южному полюсу другого), то они притянутся. Наоборот, если сблизить два магнита одноименными полюсами, магниты оттолкнутся один от другого.

Явление магнетизма может проявляться и под действием электрического тока.

Так, если по проводнику, свернутому в спираль 3, пропускать электрический ток, то такая спираль (называемая соленоидом) приобретает магнитные свойства.

Магнитное поле соленоида возрастет, если внутри него поместить железный сердечник 2. Такой соленоид называется электромагнитом, а само явление возбуждения магнитного поля электрическим током — электромагнетизмом.

Особенностью электромагнита является то, что магнитные свойства в нем проявляются лишь тогда, когда по его обмотке проходит электрический ток.

Рис. Магнитное поле соленоида: 1 — лист бумаги с опилками; 2 — железный сердечник: 3 — спираль; 4 — источник тока

Электрический ток и явление магнетизма тесно связаны между собой: с помощью электрического тока можно создать магнитное поле и, наоборот, с помощью магнитного поля можно получить электрический ток.

Так, если концы соленоида соединить с зажимами вольтметра и вводить в соленоид и выводить из него магнит или перемещать соленоид при неподвижном магните, стрелка прибора начнет отклоняться, указывая на то, что в соленоиде появился ток. Этот ток тем больше, чем большей силы магнит, чем больше витков в соленоиде и чем больше относительная скорость перемещения соленоида и магнита.

Явление возбуждения электрического тока при пересечении проводника магнитными силовыми линиями называется электромагнитной индукцией. Это явление широко используется для получения источников электрической энергии (генераторов).

Если взять несколько проводников и по одному из них пропускать ток, изменяющийся по величине или по направлению, то в соседних проводниках будет возбуждаться электродвижущая сила. Это явление называется взаимной индукцией.

Такое явление будет наблюдаться в соседних проводниках, если по одному из них то пропускать, то прерывать ток. При каждом замыкании и размыкании тока в соседних проводниках возникнет электродвижущая сила. На явлении взаимной индукции основаны устройство и действие трансформаторов переменного тока, а в электрооборудовании автомобиля — катушки зажигания с механическим прерывателем, преобразующей ток низкого напряжения генератора или аккумуляторной батареи в ток высокого напряжения для зажигания рабочей смеси в цилиндре двигателя.

При замыкании и размыкании тока электродвижущая сила возбуждается не только в соседних проводниках, но и в проводнике, в котором то пропускается, то прерывается ток. Это явление называется самоиндукцией. Направление электродвижущей силы самоиндукции при замыкании и размыкании цепи основного тока в проводнике не остается постоянным: при замыкании, когда сила основного тока увеличивается, в проводнике возбуждается электродвижущая сила направления, обратного тому, по которому движется основной ток; при размыкании, когда сила основного тока уменьшается, направление возбужденной электродвижущей силы совпадает с направлением основного тока.