Магніт за три тисячоріччя

рукотворні магніти

В цьому розділі, що починається історією флюгера Оксфордського собору, йдеться про тих магнітах, які зроблені людьми за допомогою інших магнітів.

Із заліза виготовляють безліч надзвичайно корисних речей. Так, англієць Вільям Гільберт чотири століття тому писав:

«Інша залізо придатне для панцирів, інше проти пострілів метальних знарядь, інше проти мечів і проти стали кривих шабель (яку часто називають« цементованої сталлю »); одне служить для мечів, інше потрібно для кінських копит. З нього робляться цвяхи, гаки, засувки, пили, ключі, решітки, двері, стулки, лопати, палички, підпірки, рибальські та інші гачки, тризуби, горщики, триніжки, ковадла, молоти, клини, ланцюги, ручні і ножні кайдани, кирки , січки, серпи, кошики, заступи, мотики, струги, граблі, сошники, вила, чаші, чашечки, ложечки, ложки, рожна, ножі, кинджали, мечі, сокири, списи, дротики, списи, обоюдогострі мечі, якорі та безліч потрібних для мореплавства предметів; крім того, ядра, короткі списи, шини, панцири, шоломи, нагрудники, кінські підкови, ножі, дроту, струни для музикантів, крісла, опускні грати, луки, баллісти і згубні для людського роду Бомбардьє, кулі і гарматні ядра і безліч невідомих латинян знарядь ».

До цього дуже повного списку потрібно, по-видимому, додати, по крайней мере, ще один найважливіший пункт - з заліза роблять магніти.

Кажуть, настоятель Оксфордського собору ніяк не міг второпати, що від нього хоче цей знаменитий Фарадей. Він прийшов просити, щоб йому віддали на дослідження залізну палицю флюгера собору.

- І навіщо вам така стара проржавіла палиця? Того й гляди, флюгер-півень звалиться з неї! Адже вона стоїть на верхівці собору, напевно, вже років триста!

- От і добре, - так, мабуть, відповів Фарадей, - нам якраз і потрібна ця заіржавіла руїна. Простежте, будь ласка, тільки за тим, щоб, поки її знімають і спускають вниз, не змінювали б її вертикального положення!

Коли палицю зняли і поставили вертикально у дворі собору, Фарадей з помічником піднесли черзі до її верхньому і нижньому кінцях компас. Палка флюгера виявилася слабкою магнітом - її нижній кінець був південним полюсом, верхній - північним.

Ще раніше, задовго до цих подій, Гільберт зауважив, що всі залізні колони, які стоять вертикально в Ірландії, самі по собі стають магнітами, причому нижній їх кінець завжди південний.

Мандрівники, що побували в Австралії, розповідали, що там відбувається те ж саме - залізні колони завжди стають магнітами. Тільки південний полюс у них - нагорі.

Точно так же, розташувавши залізний стрижень в напрямку північ - південь, можна помітити, що стрижень намагничивается: кінець, звернений на південь, набуває північну полярність, і навпаки.

Сталеві корпусу кораблів, що стоять на стапелях, під час будівлі набувають намагніченість за рахунок магнітного поля Землі і стають таким чином гігантськими плаваючими магнітами.

Природні магніти виточували з шматків магнітного залізняку, і вони досягали часом досить значних розмірів. До цього дня в Тартуському університеті знаходиться найбільший відомий природний магніт. Його маса 13 кг, а підйомна сила 40 кг (в арматурі).

Такі магніти в мідній оправі з залізними накладками в достатку випускалися уральськими заводами. Їх використовували гірські офіцери, моряки, виробники компасів, дослідники. Такі магніти замовляли і багаті любителі курйозів. Зазвичай оправою магнітів служила красиво оброблена мідна коробка, нагорі кріпилася рухома ручка, знизу підвішувалися «ярмо» з фігурно вирізаної рамкою і гачком для підвіски вантажу. Ці магніти піднімали вантаж, що перевищує за масою сам магніт раз в десять.

Один з найсильніших природних магнітів був, за переказами, у Ньютона - в його перстень був вставлений магніт, який піднімав предмети, маса яких була в 50 (!) Разів більше маси самого магніту.

Штучні магніти, отримані методом натирання, стали виготовляти в Англії ще в XVIII столітті. При виготовленні магнітів не всі сорти заліза вели себе однаково - в одному випадку швидко отримували бажаний результат, в іншому - намагніченість була незначною. Легконамагнічівающіеся речовини, як правило, так само легко і розмагнічуються (чисте залізо); труднонамагнічівающіеся речовини (сталь) залишаються сільнонамагніченнимі і після видалення зовнішнього магнітного поля. Перші речовини зазвичай називають магнитомягкими, другі - магнітожорстких.

В кінці минулого століття помітили, що добавка до заліза 3% вольфраму приблизно в 3 рази покращує властивості штучних магнітів. Добавка кобальту покращує властивості ще в 3 рази.

Кращим передвоєнним магнітним сплавом був сплав альнико на базі алюмінію, нікелю і кобальту. За допомогою магнітів з альнико можна було піднімати залізні предмети масою, в 500 разів перевищує масу самого магніту. При зміненої технології (при спіканні порошкоподібного альнико) вдалося підняти предмет, маса якого перевищувала масу магніту в 4450 разів.

Ще більш сильні магніти виготовляють із сплаву магнико, до складу якого входять залізо, кобальт, нікель і деякі інші добавки. Створені на основі цього сплаву «порошкові» магніти можуть піднімати вантаж заліза масою, більш ніж в 5000 разів перевищує їх власну.

Ще більш сильними є так звані оксидно-барієві магніти.

Незліченні приклади застосування магнітних матеріалів. Постійні магніти є дуже важливою частиною багатьох пристроїв, застосовуваних у нашому повсякденному житті. Їх можна зустріти в голівці звукознімача, в гучномовці, електрогітарі, електрогенераторі автомобіля, в невеликих моторчиках магнітофонів, в радіомікрофони, електролічильників та інших пристроях. Виготовляють навіть «магнітні щелепи», тобто сильно намагнічені сталеві щелепи, взаємно відштовхуються і внаслідок цього не потребують кріпленнях. Магніти широко застосовують і в сучасній науці. Магнітні матеріали потрібні для роботи в СВЧ-діапазонах, для магнітозаписи і відтворення, створення магнітних запам'ятовуючих пристроїв. Магнітострикційні перетворювачі дозволяють визначати глибину моря. Без магнітометрів з високочутливими магнітними елементами важко обійтися, якщо потрібно виміряти мізерно слабкі магнітні поля, як завгодно витончено розподілені в просторі. Магнітна дефектоскопія - це самостійний розділ теорії і практики, що дозволяє відшукувати пори, каверни, включення в металевих злитках, виробах різного розміру. Магнітні вимірювання вже давно взяті на озброєння відділів технічного контролю багатьох підприємств.

Магнитожорсткі матеріали виробляються особливою галуззю металургії, де використовуються найсучасніші способи плавки і контролю якості. Вихідні матеріали потрапляють в млини з атмосферою інертних газів, порошки змішуються, пресуються жахливо великими тисками при одночасному накладення величезних магнітних полів, які орієнтують домени для посилення їх дії.

Сплав ЮНКД-ЗБТ, наприклад, крім заліза містить алюміній (Ю), нікель (Н), кобальт (К), мідь (Д), титан (Т). Пропорції підібрані таким чином, щоб злитки різної форми володіли найбільшою магнітною індукцією, їх структуру можна на замовлення робити те однорідної, то анизотропной, в ній пророщують в заданому напрямку голчасті кристали, теплові та електромагнітні хвилі допомагають металофізики варіювати властивості заготовок, домагаючись об'ємного розподілу їх якостей .

В результаті вдається створити магніти з дуже високою підйомної силою. Сплав кобальту з рідкоземельними елементами дозволяє, наприклад, підняти вантаж 200 г на 1 г маси магніту.

Найбільший в світі постійний магніт важить 2 т. З його допомогою створюється магнітне поле інтенсивністю 0,11 Тл в обсязі приблизно 10 л. Такий магніт застосовують у допоміжному обладнанні ядерного реактора Чиказького університету; це - частина магнітогідродинамічної установки для перекачування рідких металів.

А бували випадки, коли з магнітами боролися, коли вони опинялися шкідливими. Візьмемо, наприклад, намагнічування корпусу корабля. Така «спонтанна» намагніченість зовсім не безневинна: ​​мало того, що компаси корабля починають «брехати», приймаючи поле самого судна за поле Землі і неправильно вказуючи напрямок, плаваючі кораблі-магніти можуть притягувати залізні предмети. Якщо такі предмети будуть пов'язані з мінами, результат тяжіння очевидний. Ось чому вченим довелося втрутитися в витівки природи і спеціально розмагнічувати кораблі, щоб вони розучилися діяти на магнітні міни. Ось яка історія часів Великої Вітчизняної війни ілюструє відповідальну роботу фахівців з магнетизму в ті суворі роки.

Вперше про магнітних мінах радянські моряки дізналися ще в 1919 р коли флот Антанти «засипав» цим до того небаченою зброєю русло Північної Двіни. У тих мінах залізна стрілка поверталася під впливом магнітного поля пливе неподалік корабля і замикала контакти детонатора. Знешкодити магнітні міни було непросто: вони були донними, а не плаваючими на якорях, тому звичайне тралення мети не досягало. Крім того, вибух відбувався під слабо броньованим днищем корабля, так що корабель був приречений.

Військові моряки нашої країни передбачали небезпеку можливої ​​війни і передбачили майбутнє застосування агресором магнітних хв. За завданням ВМФ СРСР в середині 30-х років за розробку заходів знешкодження такої зброї взявся Анатолій Петрович Александров, нині академік, а тоді 33-річний вчений.

А.П. Александров з колегами запропонували «розмагнічувати» кораблі. Цей метод боротьби з мінами спочатку викликав заперечення у багатьох. Адже до нуля позбавити корабель магнітного поля дуже непросто, тому опоненти пропонували зайнятися розробкою спеціальних тралів. Противники методу Александрова згадували про нібито невдалі досліди шестирічної давності по розмагнічування корабля «Марат». Нарешті, пропонувалося брати приклад з англійців, які вирішили йти альтернативним шляхом: намагнічувати корабель так сильно, щоб міна спрацьовувала задовго до проходження корабля.

Вчені відстоювали свою правоту. По-перше, показуючи лабораторну модель, яка не діяла на чутливий датчик магнітного поля, по-друге, нагадуючи, що ворог може встановлювати міни з «загрубленіе», що спрацьовують тільки від дуже сильного сигналу. Доводи А.П. Александрова були визнані переконливими.

Події настільки почастішали, що життя стало нагадувати кінострічку, пущену з великою швидкістю:

1937 г. - вдалі досліди по розмагнічування суден в Кронштадті.

1938 г. - вдале пробне розмагнічування «дозорних» і «Марата».

1939 році - успішне плавання розмагніченого «Виборного» над магнітними мінами (без заряду) в Онезьке озеро.

1940 г. - виміри полів у судів на Балтиці, Дніпрі, в річці Москві, монтаж досвідчених систем розмагнічування.

1942 г. - в складі великого колективу А.П. Александров нагороджений Державною премією СРСР за успішне наукове рішення і практичне здійснення проблеми захисту від магнітних хв кораблів Балтійського, Чорноморського, Північноморського і Тихоокеанського флотів.

Пiсля 1942 р жоден радянський корабель не підірвався на магнітній міні.

Магнетизм «положення» набувають все залізні предмети, які тривалий час лежали в магнітному полі, - буть то поле Землі або поле іншого магніту. Магнетизмом положення ще в стародавні століття користувалися ковалі - перші люди, які одержували магніти штучним шляхом з звичайного заліза.

Магнетизм положення - частковий вияв більш загального випадку. Відомо, що будь-який залізне або сталеве тіло, внесена в поле магніту, саме стає магнітом. До цвяху, притягнутими підковоподібним шкільним магнітом, притягається бритва, до неї - скріпка і так далі.

На цьому принципі заснований застосовуваний деякими лікарями дуже корисний інструмент для вилучення зі шлунка і дихальних шляхів розсіяних пацієнтів голок, шпильок і інших залізних предметів. Цей інструмент, званий магнітним зондом, опускається, наприклад, в шлунок пацієнта. За операцією стежать на екрані спеціальних моніторів. Секрет зонда, за допомогою якого можна вийняти з шлунка навіть розкриту англійську шпильку, полягає в тому, що залізний наконечник його є магнітом не завжди, а лише в необхідний момент. Це відбувається внаслідок того, що всередині зонда пропущений гнучкий сталевий стрижень. При необхідності «включити» магніт зовнішній кінець стержня під'єднують до постійного магніту. Стрижень намагничивается і притягує до себе проковтнула, предмет.

Штучні магніти можна також отримати, натираючи шматком магнітного залізняку в одному напрямку залізні бруски або просто притуляючи ненамагнічений зразок до постійного магніту. Цікаво, що цим способом можна отримати штучні магніти набагато сильніші, ніж вихідні.