Земной магнетизм: опыты с компасом, магнитной стрелкой и железным стержнем

Земной магнетизм. Земля является магнитом. Оборудование для демонстрации: 1) Компас. 2) Магнитная стрелка. 3) Стержень мягкого железа. 4) Деревянный молоток (киянка).

Во-первых, учащимся надо показать, что магнитная стрелка, подвешенный или плавающий магнит (рис. 9 и 10), при отсутствии влияния со стороны других магнитов устанавливается в определённом направлении в данном месте Земли и северным концом указывает на север (в северном полушарии).

Во-вторых, надо продемонстрировать компас обычного типа (рис. 72). На этом же рисунке внизу изображён отдельно механизм арретира у компаса. Арретир состоит из ломаного рычага АВС, согнутого в точке В; вилкой С рычаг охватывает остриё, на котором надета стрелка. Тонкий конец А просунут в круглую дырочку, проделанную в боковой стенке коробочки компаса; внутри коробочки на конец А нажимает подвижной клин D, который передвигается с помощью штифтика Е, выходящего наружу через прорез в стенке; при сдвиге клина налево до отказа конец рычага А опускается, а конец С поднимается, в свою очередь поднимает стрелку над- остриём и прижимает её к стеклу.

Рис. 72. Компас

В более точных компасах делают стрелки более длинными и, если этого сделать нельзя, то короткие магниты снабжают немагнитными (алюминиевыми) длинными указателями (рис. 73). Полезно показать учащимся картушку (т. е. вращающуюся часть с магнитиками) от морского или авиационного компаса (рис. 74). Картушка сделана из целлулоида в виде цилиндрической коробочки и снабжена двумя параллельными магнитами А и В; в центре имеется остриё С, которым картушка опирается на углубление в стойке D компаса; полушар с остриём окружён стенками ЕЕ, которые не позволяют картушке соскочить с опоры в сторону.

Рис. 73. Магнитная стрелка с указателем

Рис. 74. Картушка компаса

На рисунке 75 изображена модель компаса с картушкой, укреплённого на кардановом подвесе (см. т. II) с той целью, чтобы картушка постоянно оставалась в горизонтальной плоскости, независимо от направления в пространстве подставки компаса.

Рис. 75. Компас на кардановом подвесе

Всякая магнитная стрелка, находящаяся около земной поверхности, подвергается влиянию земного магнитного поля; поэтому, когда мы действуем на магнитную стрелку вторым магнитным полем, создаваемым магнитом или током, то стрелка устанавливается по направлению равнодействующей двух сил, возникающих от действия двух полей; чтобы уменьшить влияние земного поля, следует применять сильные магнитные поля, по сравнению с которыми влияние Земли стушёвывается, или же приходится применять астатическую стрелку; так называется комбинация двух одинаковых магнитиков, расположенных параллельно друг другу разноимёнными полюсами в одну сторону. Чтобы наблюдать влияние внешнего поля на астатическую стрелку, надо подвергнуть действию поля преимущественно только одну из двух стрелок; так поступают в гальванометрах (см. т. III).

В-третьих, надо показать намагничивание железного стержня вследствие индукции под влиянием Земли. Для этого опыта пригоден далеко не всякий железный стержень. В данном случае играет главную роль химический состав стержня; для опыта нужно почти химически чистое железо, только при этом условии получается стержень с малой задерживающей (коэрцитивной) силой, как это требуется для опыта. Стержень должен быть отожжён, т. е. после накаливания в печи охлаждён очень медленно, в течение нескольких часов, например оставлен в печи в золе до её полного охлаждения. Так как обыкновенно приходится выбирать из имеющихся готовых стержней, то следует перепробовать их все и оставить для данного опыта тот стержень, с каким опыт удаётся лучше всего.

Самый опыт заключается в следующем: поставив на стол магнитную стрелку, подносят к ней сверху нижний конец стержня (рис. 76), держа его по возможности по направлению силовой линии земного магнитного поля (т. е. в плоскости меридиана под углом 60—70° к горизонту); чтобы стержень скорее и сильнее намагнитился под влиянием Земли, надо по верхнему концу стержня ударить несколько раз деревянным молотком. Чтобы два конца стержня можно было чётко отличить друг от друга, надо на одном конце или привязать кусочек цветной тесёмки, или наклеить полоску цветной бумаги. Нижний конец стержня как ближайший к северному географическому (т. е. к южному магнитному) полюсу Земли вследствие индукции намагнитится и станет северным полюсом; поэтому к нему притянется южный полюс магнитной стрелки.

Затем, оставляя нижний конец стержня на том же месте около стрелки, переводим верхний (отмеченный) конец вниз, так что из верхнего этот конец станет нижним и потому из южного перемагнитится в северный полюс; вместе с этим конец стержня, находящийся около стрелки, перемагнитится в южный; поэтому магнитная стрелка перевернётся и направится к стержню теперь северным полюсом (рис. 77). При вторичном намагничении стержня так же надо ударять по нему молотком. Таким образом, один и тот же конец стержня становится то северным, то южным полюсом, смотря по тому, является ли этот конец нижним (рис. 76) или верхним (рис. 77).

Если стержень из первого положения перевести в третье, оставляя отмеченный конец наверху, то этот конец по-прежнему останется южным полюсом, и к нему стрелка повернётся северным полюсом (рис. 78). Переход из первого положения в третье будет одинаков как для железного стержня, намагниченного Землей, так и для постоянного магнита, расположенного северным полюсом вниз в первом положении; но переход из первого положения во второе для постоянного магнита даст совсем иное явление — магнитная стрелка не перевернётся.

Рис. 76-78. Железный стержень в земном магнитном полей

В-четвёртых, можно железный стержень почти совсем размагнитить, если его направить в плоскости меридиана под прямым углом к силовой линии земного магнитного поля и ударять деревянным молотком.

Сведения об авторе и источнике:

Автор: Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, С. Н. Жарков, А. В. Павша, Д. И. Сахаров

Источник: Физический эксперимент в школе, том IV «Электричество»