Мордехай Тульчинский - Качественные задачи по физике в средней школе и не только…

Ситуация, когда каждый из двух концов бруска притягивает к себе северную стрелку компаса, на первый взгляд кажется простой и однозначной: если бы брусок был намагниченным, у него должны были бы быть два полюса, один из которых отталкивал бы северный конец стрелки. Значит, брусок не намагничен?

Конечно, у магнита должны быть два полюса – но это не обязательно должны быть два конца бруска! Можно намагнитить брусок таким образом, чтобы оба его конца были южными полюсами, а середина – северным полюсом.

194. Поймать ток с поличным

Петля с током ведет себя как магнит, а магниты притягиваются разноименными полюсами. Это означает, что с той стороны, с которой поднесли северный полюс магнита, должен быть южный полюс «электромагнита», то есть силовые линии поля должны с этой стороны входить в середину петли. Пользуясь правилом правой руки, видим, что это происходит в том случае, если ток идет от клеммы 2 к клемме 1 (рис. 93).

Рис. 93

195. «Короткорукий» магнит

Магнит можно «удлинить» с помощью полоски железа. Держа магнит каким-либо полюсом у одного конца полоски, мы на время превратим ее в магнит – но этот магнит можно будет просунуть в щель!

196. Упрямый соленоид

Расположение полюсов электромагнита определяется направлением линий магнитного поля, созданного током, который течет по спирали. Если мы посмотрим от клеммы 1 вдоль спирали, мы увидим, что при таком подключении ток течет по виткам спирали по часовой стрелке (рис. 94).

Рис. 94

Пользуясь правилом правой руки, легко определить, что линии возникающего магнитного поля пройдут так, как показано на рисунке: внутри спирали от нас, а вне спирали – к нам. Другими словами, линии магнитного поля выходят из дальнего от нас конца соленоида и входят в ближний к нам конец. Значит, дальний от нас конец, подключенный к клемме 2, выступает в роли северного магнитного полюса, а ближний, подключенный к клемме 1, – в роли южного.

Если спираль перевернуть и снова посмотреть вдоль нее, мы снова увидим, что ток течет по часовой стрелке. Значит, выводы останутся прежними: у клеммы 2 находится северный полюс, а у клеммы 1 – южный.

А вот если изменить направление намотки спирали, то изменится и направление тока, а вместе с ним и направление линий магнитного поля. Значит, поменяются местами полюсы электромагнита (рис. 95).

Рис. 95

197. «Невозможный» электромагнит

Если вы уже ознакомились с решением задачи 192, то можете сделать (поспешный) вывод, что описанная ситуация невозможна: у магнита всегда должны быть два полюса. Однако это не противоречит тому, что оба конца магнита могут быть одноименными полюсами, – при условии, что посередине расположен второй полюс! Для подковообразного сердечника этого можно добиться, к примеру, намоткой провода, показанной на рис. 96.

Рис. 96

А как намотать провод на прямой брусок, чтобы получился электромагнит с одноименными полюсами на концах?

198. Металл под запретом

Индукционная плита разогревает не поверхность под посудой, а саму посуду. Под поверхностью плиты установлены индукционные катушки, которые создают переменное магнитное поле. Под действием этого поля в металле возникают вихревые индукционные токи, которые разогревают металл. Такое поле действует на любой металл, а необходимость в специальной посуде (хорошо известная проблема обладателей индукционных плит) вызвана тем, что не для всех металлов эффективность нагрева индукционными токами достаточна.

Излучение катушки может распространяться не только вверх, к поверхности плиты, но и вниз, под катушку, так что расположенная под варочной панелью металлическая посуда теоретически тоже может нагреваться. Конечно, производители индукционных плит предусматривают защиту снизу, но это тот случай, когда чем больше предусмотрительности, тем лучше.

199. Магнитная несправедливость

Ток в проводнике обеспечивается движением свободных электронов. Свободные электроны есть в любом металле, а переменное магнитное поле просто создает электрическое поле, заставляющее эти электроны двигаться.

Намагниченность возникает из-за того, что атомы металла, представляющие собой «элементарные магнитики», под действием внешнего магнитного поля ориентируются в одном направлении, так что их поля складываются в единое сильное поле – и металл превращается в магнит, который притягивается к внешнему магниту. Не во всех металлах атомы ведут себя как «элементарные магниты», поэтому и магнитные свойства присущи не всем металлам.

200. Распознать магнит амперметром

Медь магнитом не притягивается, так что самый простой способ определить намагниченность нам недоступен. Воспользуемся явлением электромагнитной индукции: свернем из провода кольцо (можно в несколько витков), подключим его к клеммам амперметра и будем помещать брусок внутрь кольца и вынимать оттуда. Если брусок намагничен, будет меняться магнитный поток (количество силовых линий магнитного поля) внутри кольца— и по кольцу потечет ток, который мы заметим по отклонению стрелки амперметра.

А можно ли теми же подручными средствами определить, где у намагниченного бруска находится северный полюс, а где южный?