Каждый знает, что магнит притягивает иголки, булавки, железные опилки и другие стальные или железные предметы. При этом магнит никак не влияет на бумажки, соломинки, волоски, которые притягиваются наэлектризованными телами. Магнитное притяжение действует на металлы – кобальт и никель, а также на сплавы олова, марганца и кремния.

Если положить магнит в ящик с железными опилками, то можно будет заметить, что опилки соберутся около двух концов магнита, которые называются полюсами, а средняя часть останется свободной от них.

Если удлиненный магнит поместить так, чтобы он мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, напоимер, положить его на кусок пенопласта, плавающий в тазу, то магнит повернется так, что его концы будут указывать на север и юг. Конец магнита, указывающий на север, был назван северным полюсом магнита, а противоположный – южным. Как и в компасе, северный полюс магнита обозначают буквой С или N, а южный – Ю или S.

Если взять два магнита и приблизить их друг к другу так, чтобы северный полюс одного был направлен на северный полюс другого, магниты будут отталкиваться. Противоположный, южный полюс, наоборот, будет притянут к северному.

Если магнит положить на кусок пенопласта, плавающий в тазу, то магнит повернется так, что его концы будут указывать на север и юг

Итак, свободно поворачивающийся магнит указывает на север и на юг. Значит, где–то есть точки, которые служат источником притяжения для магнита, мы называем их Северным и Южным полюсами. Долгое время считалось, что северный полюс магнита притягивается Полярной звездой. Но Полярная звезда движется относительно земной поверхности, а положение стрелки компаса не меняется.

То, что компас не указывает на Полярную звезду, было известно еще Колумбу. Отплыв из Испании, он заметил, что положение стрелки компаса изменилось. На корабле начинался мятеж, и перепуганные матросы, уверенные в том, что компас должен показывать направление на Полярную звезду, но не делает этого, решили повернуть обратно. Колумбу удалось усмирить экипаж лишь потому, что он обвинил в неправильном поведении звезду. Путешествие продолжилось, и в результате была открыта Америка.

Что же притягивает намагниченную стрелку компаса? Впервые ученые предположили, что магнитом является сама Земля, в конце XVI века. Английский ученый Джилберт построил из магнитного железа большой глобус, который он назвал «маленькой Землей», так что магнитные полюса шара стали на место северного и южного полюсов. Когда он поднес к шару компас, стрелка указала направление на магнитные полюса этого шара, как это и происходит на нашей планете.

Магнитное поле Земли

После открытия Америки путешественники XIX века установили, что стрелка компаса встает вертикально на севере Гудзонова залива. Южный магнитный полюс находится в Антарктиде. Таким образом, если пытаться достичь Северного полюса, ориентируясь только на компас, то придешь не на полюс, а в Гудзонов залив. Точки, вокруг которых вращается Земля, – Северный и Южный полюса – не совпадают с точками, в которых стрелка компаса встает вертикально, то есть с магнитными полюсами. Поэтому на картах указывается поправка, которую нужно сделать к показаниям компаса в данной местности, чтобы двигаться к северу, а не к магнитному полюсу.

Магниты и металлы

Если к магниту поднести металлический предмет, часть магнитных свойств перейдет в этот металл. В этом можно убедиться, перевернув намагниченный кусок металла. Одноименно заряженные полюса отталкиваются. Но в отличие от постоянных магнитов временные магниты быстро теряют свои свойства. Разные металлы теряют временный магнетизм с разной скоростью. Чтобы ускорить эту потерю, можно постучать по намагниченному предмету молотком или нагреть его.

Если иголку надолго оставить вблизи магнита, она останется намагниченной довольно долго. Если долго тереть стальной предмет одним из полюсов магнита в одном и том же направления, то сталь тоже намагнитится. Если же при этом сталь испытывает удары, то ее намагниченность увеличивается.

Может быть, удастся разделить заряд магнита, разрезав его пополам? Из этого ничего не получается. Две половинки становятся двумя магнитами, каждый из которых имеет северный и южный полюса. Так можно продолжать довольно долго. Каждая из новых, все более мелких частей станет магнитом. Это доказывает, что магнитные полюса существуют только парами, и один от другого отделить никогда не удастся.

Если продолжать делить магниты, вероятно, в конце концов, можно добраться до самой маленькой частицы, обладающей магнитными свойствами. Очевидно, это молекула. Обычно молекулы вещества располагаются хаотично. В намагниченном предмете молекулы выстраиваются одинаково, в результате их свойства складываются и служат причиной намагничивания всего предмета. Магнит действует на некотором расстоянии. Область, в которой магнитное влияние заметно, называется магнитным полем.

Если поместить магнит под бумажный лист и насыпать на бумагу железные опилки, то они все равно соберутся над магнитными полюсами. Используя вместо бумаги другой материал, легко заметить, что опилки станут выстраиваться быстрее или медленнее. Это означает, что разные вещества обладают разной магнитной проницаемостью, то есть способностью пропускать через себя магнитное поле.

Опыт с опилками

Как получить электричество?

Долгое время люди могли получать электричество только при помощи трения. Другие способы были открыты в XVIII веке итальянским ученым Луиджи Гальвани, несмотря на то что он был не физиком, а биологом.

Новые свойства электричества ему удалось обнаружить благодаря опытам с мышцами. Он обнаружил, что прикосновение металла к нерву вызывает сокращение мышцы, если мышца укреплена на предмете, изготовленном из другого металла.. Впервые эти свойства были обнаружены для железа и латуни, но впоследствии выяснилось, что наилучший эффект дает комбинация меди и цинка. Другие вещества, не металлы, не давали такого эффекта – ни смола, ни резина, ни камень, ни дерево.

Вслед за опытами Гальвани к исследованиям «животного электричества» приступил Алессандро Вольта. Он обнаружил, что в некоторых жидкостях эффект сокращения пропадает, например, он исчезает в чистой воде. Если же в воду добавляли кислоту или щелочь, то сокращение мышц при касании металлического контакта было хорошо заметно. Самым эффективным оказался раствор серной кислоты, в который погрузили медную и цинковую пластины. При этом на меди образовался положительный, а на цинке – отрицательный заряд.

Не все жидкости с одинаковой эффективностью участвуют в проведении тока от пластины к пластине. Например, спирт, глицерин, раствор сахара плохо проводят ток, а растворы кислот, щелочей и солей – хорошо. Таким образом, проводниками могут быть и растворы некоторых веществ. Они называются электролитами.

Эти открытия были использованы при разработке буквально всех типов батареек и аккумуляторов, которыми мы пользуемся.

Как ток идет по проводам?

На улицах, в лесах, вдоль дорог и рек тянется множество проводов. Большая часть нужна для того, чтобы доставить электричество из одной точки в другую. Ток по мере движения по проводнику преодолевает препятствия. Этот эффект называется сопротивлением. Сила сопротивления различна для разных материалов.