Трибоэлектричество и постоянные магниты. XX век

В наши дни электростатические машины типа той, что демонстрировал почтенный куратор опытов Лондонского королевского общества мистер Фрэнсис Гауксби-старший, кажутся чем-то родственным деревянной сохе или каменному топору, хотя и сохранились еще в физических кабинетах некоторых школ. Здесь они позволяют получать электрические заряды, накапливать их на добрых старых лейденских банках и проводить опыты. Но не только на радость ребятишкам служит "чистое" электричество, получаемое при помощи трения.

В начале XX века перед физиками встал вопрос: как получать интенсивные пучки атомных частиц, обладающих большой скоростью, для бомбардировки атомного ядра? Для этого следовало прежде всего научиться создавать сильное электрическое поле. Тогда заряженные частицы, испускаемые каким-нибудь источником, попав в такое поле, начинают ускоренно двигаться по его направлению. Чем больше разность потенциалов в начале и в конце пути частиц, тем большую скорость, а следовательно, и энергию они приобретут.

Во всех физических лабораториях мира началось соревнование за получение сверхвысоких напряжений. Для любителей точных цифр могу сказать, что обычная динамо-машина дает напряжение примерно до тысячи вольт. Приняв меры, можно повысить его до 20 тысяч вольт. Индукционные катушки позволяют поднять напряжение до 100 тысяч вольт при небольшой мощности. Наконец, импульсные генераторы, держащие батареи конденсаторов, которые заряжаются постоянным током, дают возможность приблизиться к миллиону вольт.

В 1929 году американский физик Роберт Ван-де-Грааф из Принстонского университета предложил сначала принцип, а потом и новую конструкцию высоковольтного электрического генератора. Бесконечная движущаяся лента переносила заряд от источника внутрь большого полого металлического шара - кондуктора, установленного на изолированной колонне. Генераторы Ван-де-Граафа способны были накапливать до 5 миллионов вольт, при этом они оказались просты по устройству и обеспечивали высокое постоянство полученного напряжения.

Прошло более полувека, но и сегодня электростатические генераторы участвуют в экспериментах. Правда, самостоятельно - редко, чаще в сочетании с синхротронами они разгоняют частицы до энергий в миллиарды электрон-вольт!

В энергетике будущего, скорее всего, значительная доля электроэнергии будет вырабатываться безмашинным способом, например на магнитогидродинамических установках. Главная часть в них - магнитная система. Правда, участвуют в этом не постоянные магниты, о которых шла речь в этой главе, а потому отложим разговор о МГД-генераторах.

Первые естественные магниты вытачивали из кусков магнитного железняка. Уже в средние века кузнецы заметили, что если ковать железо, расположив его на наковальне по направлению строго с севера на юг, то после обработки оно оказывается намагниченным. Позже стали изготавливать искусственные магниты из мягкого железа, натирая его магнитным железняком. Кованую полосу железа натирали, начиная от середины к концам. Один конец - северным полюсом магнита, другой - южным. Примерно тогда же обнаружили, что если ту же железную полосу натирать одним магнитным полюсом, то после намагничивания оба конца железной полосы будут иметь одноименные полюса, но в середине ее окажется полюс противоположный.

Люди заметили, что не все сорта стали одинаково хорошо подвержены намагничиванию. Еще в конце прошлого столетия выяснилось, что даже ничтожная добавка вольфрама и кобальта в несколько раз улучшает магнитные свойства искусственных магнитов. А к середине нашего столетия металлурги получили сплав "альнико", в который входили алюминий, никель и кобальт с другими добавками. Магниты из "альнико" поднимали вес, в 500 раз превышающий их собственную массу. В нашей стране разработан сплав "магнико". Созданные на основе этого магниты, полученные методом спекания порошка "магнико", могут поднимать груз в 5000 раз больше собственного веса. А так называемые оксиднобариевые магниты - еще сильнее.

Магниты и магнитные материалы очень широко применяются в современной науке и технике. Они работают в насосах, перекачивающих жидкие металлы, в бесчисленном количестве приборов. Читатели хорошо знакомы с магнитными головками магнитофонов, с запоминающими устройствами в вычислительной технике, в небольших двигателях и генераторах, в электросчетчиках, микрофонах, в головках звукоснимателей и в акустических системах, наконец, в обыкновенных электрогитарах...

Но почему же все-таки магнит притягивает? Чтобы - ответить на этот вопрос, нужно электричество связать с магнитным полем и перейти от них, существующих порознь, к электромагнетизму.