16. Магнитное поле

 ●219. Как взаимодействуют магнитные полюсы?

Одноименные магнитные полюсы отталкиваются. Почему же стрелка компаса своим северным полюсом показывает на север, а южным - на юг?

 ●220. Произвольно большая работа.

Положим, что в сосуде со ртутью плавает большое число кусков железа. Если поднести к ним магнит, то эти куски станут магнитами. Возбужденные таким образом магнитные взаимодействия приведут куски железа в движение.

Таким образом, произвольно малым магнитом можно совершить произвольно большую работу. В чем ошибка рассуждений?

 ○221. Магниты те же, сила притяжения другая.

Две намагниченные стальные спицы расположены вертикально разноименными полюсами (рис. 116). Если снизу к ним поднести железную пластинку АВ, то она притягивается магнитами с некоторой силой. Если сложить спицы вместе, то сила притяжения исчезает.

Рис. 116

Если расположить спицы одноименными полюсами (рис. 117) и повторить опыт, то получаем обратный эффект: при разведенных спицах сила притяжения меньше, чем при сложенных. Объясните парадокс.

Рис. 117

 ○222. Слабое поле сильнее действует!

Шарик из мягкого железа был сначала помещен в слабое магнитное поле, а затем - в сильное. При этом во втором случае на него действовала меньшая сила, чем в первом. Объясните парадокс.

 ○223. Правило параллелограмма не выполняется.

Шарик из мягкого железа находится вблизи двух магнитов (рис. 118). Если бы второго магнита не было, то первый действовал бы на шарик с силой F₁, а если бы не было "первого магнита, то второй действовал бы на шарик с силой F₂. При совместном действни обоих магнитов сила F оказывается больше диагонали параллелограмма, построенного на силах F₁ и F₂, как на сторонах. Объясните парадокс.

Рис. 118

 ●224. Сила действия бесконечного прямолинейного тока.

Вычислить силу действия бесконечного прямолинейного тока на бесконечный ряд одинаковых полюсов, удаленных от него на 1, 2, 3,... единицы расстояния.

Решение. Сила действия бесконечного прямолинейного тока на магнитный полюс обратно пропорциональна расстоянию полюса от тока. Принимая действие тока на первый полюс за единицу, получим:

единиц силы.

Обозначим действие тока на четные полюсы через F₁, а на нечетные через F₂, тогда

единиц силы,

единиц силы.

Но

Так как

Полученный результат, очевидно, не верен, так как, сравнивая выражения для F₁ и F₂, убеждаемся, что каждый член ряда Рг больше соответствующего члена ряда F₂. Поэтому F₂>F₁, В чем ошибка решения?

 ●225. Вечный двигатель лапутян.

Английский сатирик XVIII в. Джонатан Свифт в одном из путешествий Гулливера описывает, как тот, попав на летающий остров Лапутию, осмотрел механизм, позволяющий перемещаться этой стране-острову в пространстве в любом направлении, на любой высоте. Механизм находился в центре острова и состоял из большого магнита, закрепленного на алмазной оси. В зависим мости от угла наклона магнита, взаимодействующего с магнитным полем Земли, и происходило перемещение Лапутии в том или ином направлении. Описание невероятного двигателя лапутян, подобного вечному двигателю, послужило Свифту средством усиления его сатиры. В чем несостоятельность подобного проекта?

 ●226. Вечный двигатель Д. Вилькенса.

В XVII в. английский епископ Джон Вилькенс предложил магнитный вечный двигатель. По мысли автора, металлический шарик Ш, притягиваемый магнитом М (рис. 119), будет подниматься вверх по наклонной плоскости А. Наверху он под действием силы тяжести проваливается в отверстие и катится вниз по специальному желобу Б. Спустившись вниз, он проскакивает отверстие В и закруглением К выбрасывается на наклонную плоскость А. Здесь под действием магнита он снова поднимается по наклонной плоскости А вверх, затем вновь, провалившись в отверстие, покатится вниз..., и так бесконечно. Однако двигатель не действовал. В чем ошибка проекта?

Рис. 119

 ●227. Электромагнитный вечный двигатель.

Если прибор Вилькенса снабдить электромагнитом и автоматическим устройством, замыкающим и размыкающим электрическую цепь, то получится система, обеспечивающая "вечное" движение шарика.

Это можно осуществить хотя бы так: наклонная плоскость А изготавливается из двух изолированных между собой металлических пластин (рис. 120). В верхней части наклонной плоскости закреплен электромагнит Э. Один конец обмотки электромагнита присоединен к одной пластине, а второй - к клемме аккумулятора. Другая клемма аккумулятора присоединяется ко второй пластине наклонной плоскости. Под наклонной плоскостыо установлен направляющий желоб Б. Стальной шарик, оказавшись на наклонной плоскости А, замыкает электрическую цепь. Электромагнит притягивает шарик. Докатившись до отверстия О, шарик проваливается в него. Электрическая цепь размыкается, действие электромагнита прекращается. Шарик под действием силы тяжести катится вниз по направляющему желобу и по закруглению К вновь попадет на наклонную плоскость. Электрическая цепь снова замыкается. Электромагнит притягивает шарик и т. д.

Рис. 120

Таким образом, проект вечного двигателя все-таки можно осуществить! В чем неправомочность последнего вывода?