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用指南针穿过磁场。 儿童科学实验室
现在几乎没有人会感激地与你握手，说：“谢谢你，朋友，你总会听到新的东西。” 但她为什么要旋转呢？ 这个问题不仅让学生感到困惑。 当永恒的轮转问他们这个“为什么”时，他们博学的父亲也会变得深思熟虑。 “可能是磁力，”他们说。 所以为什么？ 但是......首先是关于一般的磁性。 来自钉子和文件的电磁场 只需一个锉刀，甚至一个简单的钉子，就可以做到。 获得明显的磁场。 用绝缘线包裹它们并让电流流过就足够了。 通过线圈的电流会产生一个磁场，而磁芯会急剧增强磁场。 这种简单螺线管的核心，无论是钉子还是锉刀，都会变成磁铁。 但同时，由钉子制成的磁芯与由锉刀制成的磁体有着根本的区别。 你认为这个差异是什么？ 这将在下面讨论。 但如果你想自己找出差异，那就做下面的实验吧。 将 0,1-0,4 毫米厚的绝缘线缠绕在普通钉子上。 将绕组的一端连接至手电筒电池（图 1）。 将小丁香撒在桌子上。 将钉子的头部放在小螺柱上，然后将绕组的另一端连接到电池上。 小指甲会立即粘在芯钉的头部。 当关闭时，丁香电池会立即掉落。
现在让我们用锉刀制作一块人造磁铁。 在砂轮上，磨掉锉刀平面上的凹口，并从中切下必要的条带。 然后必须用磁铁的相反磁极从中心到两端摩擦条带。 刚性钢带可以通过另一种方式人工磁化——使用直流电。 将一根绝缘良好的导线绕在钢板上，然后通过变阻器接通绕组几秒钟。 现在，磁化指甲和锉刀之间的区别将变得显而易见。 在第一种情况下，磁芯仅在电流通过时（沿匝）具有磁性，在第二种情况下，获得永磁体。 锉刀与钉子不同，具有剩磁。 原因在于锉刀材质硬度高。 在实心钢板中，组成它的原子具有非常“强”的取向。 因此，它们更好地保留了磁性。 通过将磁铁切成两半，我们得到两个具有不同磁极的相同磁铁。 通过重复这个操作，我们再次得到具有不同磁极的磁铁。 如果我们将磁铁切成微观粒子，每个粒子仍然有两个极：北极（正极）和南极（负极）。 这一事实得出这样的结论：磁体的两极并不单独存在，就像带负电（电子）和正电（质子）的带电粒子一样。 然而，可以制造两端具有相同磁极的磁铁。 只需要用相同的极（例如北极）摩擦钢板，将它们从中间引向两端即可。 然后原子将按照板的结构排列，使得北极朝一个方向运动，而南极朝另一个方向运动。 磁针沿着磁力线定位。 磁力线的配置很容易用铁屑捕获。 将带有金属屑的玻璃放在磁棒上后，轻轻敲击玻璃。 每个磁化铁颗粒将是一个小磁针。 沿着场的力线延伸，它们将揭示其结构。 在摇动过程中，大部分锯末会移动到两极。 磁场的赤道部分将会变薄。 但带电粒子的行为却截然不同。 如果带负电和带正电的粒子可以像锯末一样倒在玻璃上，那么带电粒子就会从两极排斥并以环的形式集中在磁场的赤道区。 但你怎么能看到这一切呢？ 自制星系 带电粒子束，特别是电子（β粒子），在电子感应加速器中产生。 在它们中，电子被加速到几乎光速，设备本身重达数吨，有时甚至数百吨。 然而，几乎我们每个人都能够使用普通电视进行电子束实验。 事实上，在电视显像管中，正是电子成排地撞击显像管屏幕，从而产生辉光。 取一块更强的永磁体，将其磁极靠近屏幕。 屏幕上的图像将变成类似星系的螺旋。 如果图像向右扭曲，则意味着磁铁的北极被带到屏幕上。 磁铁的南极形成一个向左扭曲的螺旋。 当磁铁接近屏幕时，它的对面会出现一个暗环（如果磁铁是圆柱形的），并且一个亮点将保留在正中心，电子流通过该亮点继续流向极点。 黑点表明磁极排斥电子，将它们引导到磁场的赤道并围绕磁体运行。 电子受到北极和南极的排斥。 因此，它们以相当平坦的环的形式集中在磁场的赤道平面上，就像土星的环一样。
用右手握住磁铁的北极末端，将其整个平面水平地放在屏幕上。 屏幕上的图像将在磁场赤道上方向上弯曲一条弧线。 将磁铁的南极向右旋转 - 屏幕上的图像将向下弯曲。 从这些实验中可以看出，如果从北极看磁铁，电子在磁场中沿逆时针方向运行。 如果我们处理带正电的粒子，那么它们从磁体的两极开始，将沿着与轨道上电子方向相反的方向运动。 如果将磁铁放在轴承上并用相当强大的电子束照射，会发生什么？ 磁铁可能会开始旋转：在电子流中 - 顺时针方向，在质子流中 - 逆时针方向。 磁铁的旋转方向将与带电粒子的扭曲方向相反。 现在让我们记住，我们的地球是一个巨大的磁铁，质子流从太空落在它上面。 现在很清楚为什么我们在继续解释地球自转之前花了很长时间谈论磁力。 在一轮舞蹈中 英国科学家 W. 格尔伯特认为地球由一块磁石组成。 后来确定地球是被太阳磁化的。 计算推翻了这些假设。 他们试图通过液态金属核心的质量流来解释地球的磁性。 然而，这个假说本身依赖于地球液体核心的假说。 许多科学家认为，地核是固体，根本不是铁。 1891 年，英国科学家舒斯特显然首次尝试通过地球绕地轴的旋转来解释地球的磁性。 著名物理学家P.N.列别杰夫为这一假设付出了大量的工作。 他假设在离心力的影响下，原子中的电子向地球表面移动。 由此，表面必定带负电，这会产生磁性。 但环旋转速度高达每分钟 35 转的实验并没有证实这一假设——环中没有出现磁性。 1947年，P. Bleket（英国）提出旋转物体中磁场的存在是一个未知的自然法则。 布莱克特试图建立磁场对身体旋转速度的依赖性。 当时，关于地球、太阳和白矮星（来自处女座的 E78 恒星）这三个天体的旋转速度和磁场的数据是已知的。 物体的磁场由其磁矩表征，物体的旋转由角动量表征（考虑到物体的尺寸和质量）。 人们早就知道地球和太阳的磁矩彼此之间的关系与它们的角动量相同。 E78星观察到了这种比例！ 由此可见，天体的自转与其磁场之间存在直接联系。
人们的印象是，物体的旋转引起了磁场。 布莱克特试图通过实验证明他提出的定律的存在。 为了进行实验，制作了一个重20公斤的金色圆柱体。 但对上述圆柱体进行的最微妙的实验却一无所获。 无磁性的金色圆柱体没有任何磁场迹象。 现在木星的磁力和角动量已经确定，金星的磁力和角动量也已经初步确定。 同样，它们的磁场除以角动量，接近布莱克特数。 在系数如此一致之后，很难将此事归因于偶然。 那么又怎样——地球的自转激发了磁场，或者地球的磁场导致了它的自转？ 出于某种原因，科学家们一直相信，自地球形成以来，自转就是固有的。 是这样吗？ 或者可能不是！ 与我们的“电视”体验的类比提出了一个问题：是因为地球绕其轴旋转，所以它像一块大磁铁一样处于带电粒子流中吗？ 该流主要由氢核（质子）、氦（α粒子）组成。 在“太阳风”中观察不到电子，它们可能是在微粒碰撞时在磁陷阱中形成的，并且是在地球磁场区域中级联产生的。 接地 - 电磁铁 地球的磁性与其核心之间的联系现在非常明显。 科学家的计算表明，月球没有流体核心，因此它也不应该有磁场。 事实上，使用太空火箭进行的测量表明，月球周围没有明显的磁场。 通过对北极和南极洲地流的观测获得了有趣的数据。 那里的陆地电流强度非常高。 比中纬度地区的强度高数十倍、数百倍。 这一事实表明，来自地球磁陷阱环的电子大量通过磁极区域的极帽进入地球，就像我们在电视上进行的实验一样。 当太阳活动增强时，地面电流也会增加。 现在，也许可以认为地球上的电流是由地核质量的电流和从太空（主要是从地球的辐射环）流入地球的电子引起的。 因此，电流引起地球磁场，而地球磁场反过来又使我们的地球旋转。 很容易猜测，地球自转的速度将取决于其磁场从外部捕获的带负电和带正电的粒子的比例，以及在地球磁场内诞生的粒子的比例。 作者：I.Kirillov
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