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磁場を通過するコンパス付き。 子ども科学実験室
今では、地球が丸いという話を聞いて、「ありがとう、友よ、あなたはいつでも新しいことを聞くでしょう」と感謝して握手してくれる人はほとんどいなくなりました。 しかし、なぜ彼女は回転しているのでしょうか？ この質問に困惑するのは学生だけではありません。 彼らの博学な父親も、永遠の回転が彼らに「なぜ」と尋ねると、思慮深いものになります。 「おそらく磁気だろう」と彼らは言う。 なぜ？ しかし...最初に一般的な磁気について。 釘やヤスリからの電磁場 ファイルや簡単な爪でもできます。 明確にマークされた磁場を取得します。 絶縁電線で包み、そこに電流を流すだけで十分です。 コイルを通過する電流は磁場を生成し、コアはその磁場を急激に増加させます。 釘であれやすりであれ、このような単純なソレノイドの中心部分が磁石になります。 しかし同時に、釘から作られたコア磁石は、やすりから作られた磁石とは根本的な違いがあります。 この違いは何だと思いますか？ これについては以下で説明します。 ただし、違いを自分で見つけたい場合は、次の実験を行ってください。 厚さ0,1～0,4mmの絶縁ワイヤーを普通の爪に巻き付けます。 巻線の一端を懐中電灯の電池に接続します (図 1)。 テーブルの上に小さなクローブを散らします。 釘の頭を小さなスタッドに当て、巻線のもう一方の端をバッテリーに取り付けます。 小さな釘はすぐに芯釘の頭にくっつきます。 オフにすると、クローブ電池はすぐに落ちます。
では、やすりから人工磁石を作ってみましょう。 エメリーホイールで、ヤスリの平面からノッチを削り取り、そこから必要なストリップを切り取ります。 次に、ストリップを中心から端まで、磁石の反対の極でこする必要があります。 剛性鋼ストリップは、直流電流を使用する別の方法で人工的に磁化することができます。 絶縁が良好なワイヤを鋼板上に巻き、加減抵抗器を通して巻線を数秒間オンにします。 ここで、磁化された釘とヤスリの違いが明らかになるでしょう。 最初のケースでは、コアは電流の通過中（巻きに沿って）のみ磁気特性を持ち、XNUMX番目のケースでは永久磁石が得られます。 ヤスリは釘とは異なり、残留磁気を持ちます。 その理由はヤスリの材質の硬度の高さにあります。 固体鋼板では、それを構成する原子が非常に「強く」配向しています。 したがって、磁気特性をよりよく保持します。 磁石を半分に切ると、極が異なる XNUMX つの同一の磁石が得られます。 この操作を繰り返すと、再び異なる極の磁石が得られます。 磁石を微細な粒子に切断したとしても、これらの粒子はそれぞれ、N (プラス) と S (マイナス) の XNUMX つの極を持ちます。 この事実は、負 (電子) と正 (陽子) の荷電粒子が存在するのと同様に、磁石の極は別々に存在するわけではないという結論につながります。 ただし、両端が同じ極の磁石を作成することは可能です。 同じ極、たとえば北極で鋼板をこすり、中央から端まで導くだけで済みます。 次に、原子はプレートの構造内に配置され、北極が一方向に進み、南極が反対方向に進みます。 磁針は磁力線に沿って配置されています。 磁力線の配置は鉄やすりを使えば簡単に捉えることができます。 金属やすりを付けたガラスを棒磁石の上に置いた後、ガラスを軽くたたいてください。 磁化された鉄の粒子はそれぞれ小さな磁針になります。 フィールドの力線に沿って伸びると、その形状が明らかになります。 揺れている間、おがくずの大部分はポールに移動します。 フィールドの赤道部分は薄くなります。 しかし、荷電粒子はまったく異なる動作をします。 負と正に帯電した粒子をおがくずのようにガラスの上に注ぐことができれば、帯電した粒子は極から反発し、磁場の赤道帯にリング状に集中するでしょう。 しかし、どうやってこれをすべて見ることができるのでしょうか？ 自家製銀河 荷電粒子、特に電子 (ベータ粒子) のビームはベータトロンで生成されます。 その中で電子はほぼ光の速度まで加速され、装置自体の重量は数トン、場合によっては数百トンにもなります。 それでも、私たちのほぼ全員が、通常のテレビを使用して電子ビームの実験を行うことができます。 実際、テレビ管内では、電子がキネスコープの画面に列を成して衝突し、輝きを引き起こします。 より強力な永久磁石を使用し、その極を画面に近づけます。 画面上の画像が銀河のような渦巻き状に変化します。 画像が右にねじれている場合、これは磁石の N 極が画面に来ることを意味します。 磁石のS極は左にねじれた螺旋を描きます。 磁石が画面に近づくと、暗いリングが画面に対して表示され (磁石が円筒形の場合)、明るい点が中心に残り、そこを通って電子流が極に進み続けます。 黒い点は、磁極が電子を反発し、電子を磁場の赤道に向けて磁石の周りを周回していることを示しています。 電子は北極と南極によって反発されます。 したがって、それらは土星の輪のような、かなり平らな輪の形で磁場の赤道面に集中しています。
右手で磁石の N 極の端を持ち、その面全体を画面に対して水平にします。 スクリーン上の画像は、磁場の赤道より上に向かって弧を描いて曲がります。 S極を向けた磁石を右に回すと、画面上の画像が下に曲がります。 これらの実験から、磁石を北極から見ると、電子は磁場中を反時計回りに周回していることがわかります。 正に帯電した粒子を扱う場合、それらは磁石の極から出発して、軌道上の電子の方向と反対の方向に進みます。 そして、磁石をベアリングの上に置き、かなり強力な電子ビームを照射すると何が起こるでしょうか? おそらく、磁石は電子の流れの中で時計回りに、陽子の流れの中で反時計回りに回転し始めるでしょう。 磁石の回転方向は荷電粒子のねじれ方向と逆になります。 そして今、私たちの地球が巨大な磁石であり、宇宙から陽子の流れが地球に降り注ぐということを思い出しましょう。 これで、約束された地球の自転の説明に移る前に、なぜ私たちが磁気について長い間話してきたのかが明らかになりました。 XNUMXラウンドダンスで イギリスの科学者 W. ゲルバートは、地球は磁気を帯びた石で構成されていると信じていました。 その後、地球は太陽から磁化されたことが判明しました。 計算により、これらの仮説は反証されました。 彼らは、液体金属コア内の質量流によって地球の磁気を説明しようとしました。 ただし、この仮説自体は地球の液体コアの仮説に依存しています。 多くの科学者は、核は固体であり、まったく鉄ではないと信じています。 1891年、イギリスの科学者シュスターは、おそらく初めて、地軸の周りの回転によって地球の磁気を説明しようと試みました。 有名な物理学者 P. N. レベデフは、この仮説に多くの研究を費やしました。 彼は、遠心力の影響下で、原子内の電子が地球の表面に向かって移動すると仮定しました。 このことから、表面はマイナスに帯電する必要があり、これにより磁気が発生します。 しかし、毎分最大35回転のリングを回転させる実験では、仮説は確認されませんでした - 磁気はリングに現れませんでした。 1947 年、P. Bleket (イギリス) は、回転体における磁場の存在は未知の自然法則であると示唆しました。 ブラケットは、物体の回転速度に対する磁場の依存性を確立しようとしました。 当時、地球、太陽、白色矮星、おとめ座の恒星E78というXNUMXつの天体の自転速度と磁場に関するデータが知られていました。 物体の磁場は、磁気モーメント、角運動量 (物体のサイズと質量を考慮) による物体の回転によって特徴付けられます。 地球と太陽の磁気モーメントが角運動量と同じように相互に関係していることは長い間知られていました。 E78 星はこの比例関係を観察しました。 したがって、天体の回転と磁場の間には直接的な関係があることが明らかになりました。
磁場を引き起こすのは物体の回転であるという印象を受けました。 ブラックットは、自分が提案した法則の存在を実験的に証明しようとしました。 実験のために、重さ20kgの金色の円柱を作りました。 しかし、前述のシリンダーを使った最も微妙な実験では何も得られませんでした。 非磁性の金色のシリンダーには磁場の兆候は見られませんでした。 現在、木星の磁気運動量と角運動量が確立されており、金星の予備的なものでもあります。 そして再び、それらの磁場を角運動量で割ると、ブラケット数に近くなります。 係数がこのように一致すると、その問題を偶然に帰することは困難になります。 では、地球の回転が磁場を励起するのか、それとも地球の磁場が回転を引き起こすのか? 何らかの理由で、科学者たちは、地球の形成以来、回転が地球に固有のものであると常に信じてきました。 そうですか？ またはそうでないかもしれません！ 私たちの「テレビ」体験との類似から、地球がその軸の周りを回転しているため、大きな磁石のように荷電粒子の流れの中にあるという疑問が生じます。 流れは主に水素原子核（陽子）、ヘリウム（アルファ粒子）で構成されています。 電子は「太陽風」では観察されず、おそらく微粒子の衝突の瞬間に磁気トラップ内で形成され、地球の磁場のゾーンでカスケード的に生成されます。 地球 - 電磁石 地球とその核の磁気特性の間の関係は、現在では非常に明白です。 科学者の計算によると、月には流体の核がないため、磁場も存在しないはずです。 実際、宇宙ロケットを使用した測定により、月の周囲には感知できるほどの磁場がないことが示されています。 北極と南極の地流を観測した結果、興味深いデータが得られました。 そこの地電流の強さは非常に強いです。 これは中緯度の強度よりも数十倍、数百倍も高いです。 この事実は、テレビでの実験のように、地球の磁気トラップの輪からの電子の流入が、磁極のゾーンにある極冠を通って激しく地球に流入していることを示しています。 太陽活動が活発になると、地上電流も増加します。 おそらく、地球内の電流は、地球の核の質量の流れと、主に放射線リングからの宇宙からの地球への電子の流入によって引き起こされることが確立されていると考えることができます。 したがって、電流は地球の磁場を引き起こし、地球の磁場は明らかに地球を回転させます。 地球の自転の速度は、外部から磁場によって捕らえられ、また地球の磁場の中で誕生する、負に帯電した粒子と正に帯電した粒子の比率に依存することは容易に推測できます。 著者: I.キリロフ
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