Массивное железное ядро внутри Земли и мощные вихревые электрические токи, происходящие внутри нашей планеты, порождают электромагнитное поле, защищающее Землю от губительного космического излучения.

Для исследования магнитных полей в домашних условиях вам понадобится как минимум один постоянный магнит и железные опилки. Возьмите обычный большой гвоздь и с помощью крупного напильника настрогайте железных опилок – 2–3 столовые ложки. Затем насыпьте тонким равномерным слоем опилки на картон и поднесите с нижней стороны магнит. Под воздействием магнитного поля опилки займут четко определенное положение, соответствующее силовым линиям магнитного поля. На рис. 79 показано расположение опилок под воздействием плоского прямоугольного магнита. Четко просматривается направление силовых линий от северного полюса N к южному полюсу S.

Передвигая магнит, вы сможете наблюдать, как железные опилки будут переориентироваться в соответствии с изменением положения магнита.

Рис. 79

Проведите аналогичные опыты с магнитами подковообразной или круглой формы, а также с несколькими магнитами одновременно. При передвижении несколько магнитов одновременно у вас получатся весьма интересные и замысловато движущиеся картинки. Чем разнообразнее формы магнитов, тем сложнее и интереснее будет рисунок силовых линий создаваемого ими магнитного поля.

Постоянные магниты можно извлечь из неисправных динамиков или наушников.

В 1825 г. английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов и позволила широко применять их в технике.

В промышленности, в автомобилях и в различных электробытовых приборах широко применяются электромагнитные устройства. Принцип их работы основан на том, что при протекании электрического тока через обмотку возникает магнитное поле, а железный сердечник (магнитопровод или магнитоконцентратор), находящийся внутри устройства (например, электромагнитного реле), приобретает магнитные свойства. Постоянный магнитный поток создается постоянным током в обмотке таким образом, что сила притяжения зависит только от величины силы тока и не зависит от его направления в обмотке (рис. 80). Если пропускать ток по проводнику, то вокруг него создается магнитное поле, которое можно обнаружить при помощи магнитной стрелки.

Рис. 80

Для создания самодельного электромагнита обмотайте вокруг сердечника (толстого гвоздя или стального штыря) изолированный провод (рис. 81). Чем больше витков и чем плотнее они намотаны, тем эффективнее будет работать устройство. Для того чтобы провод не разматывался, закрепите его изолентой или скотчем. Затем присоедините к батарейке выходы обмотки – ваш электромагнит готов. Для удобства пользования созданной установкой рекомендуется в электрическую цепь включить размыкатель (подойдет обычный тумблер от светильника или электровыключатель), это позволит вам включать и отключать устройство по мере необходимости.

Рис. 81

При желании форму сердечника можно изменять, его можно согнуть в виде подковы, кольца и пр.

С помощью электромагнита можно поднимать или притягивать небольшие железные грузы, а также проводить исследования магнитного поля. Никогда не используйте источники тока с напряжением выше 12 В! Это опасно для жизни! И вообще, желательно все опыты, связанные с использованием электричества, проводить при участии взрослых. Во всяком случае, обязательно с ними проконсультируйтесь.

Всем известно, что компасы с магнитной стрелкой всегда показывают, где находится северный и южный магнитный полюса Земли. Принцип их работы заключается в том, что наша планета окружена магнитным полем, и магнитная стрелка компаса ориентируется подобно железным опилкам вдоль силовых линий этого поля. Но если вы поднесете к компасу магнит или массивный железный предмет, то заметите, что положение стрелки отклонится от основного положения. Понаблюдайте за тем, как будет меняться направление стрелки при различных положениях магнита относительно компаса.

Магнит своим магнитным полем хоть и на небольшое расстояние, но все же вносит возмущение в магнитное поле Земли и вынуждает компас врать. Именно поэтому магнитные компасы изготавливали в корпусах из немагнитных материалов – дерева, кости, латуни, бронзы и т. д. В романе Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан» злодей Негоро подложил под судовой компас топор и тем самым изменил курс следования корабля.

Электромагнитная индукция – это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 г. Он обнаружил, что электродвижущая сила возникает в замкнутом проводящем контуре при изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

Для воспроизводства опыта великого физика вам понадобится изготовить катушку индуктивности. В качестве основы для нее подойдет обрезок пластиковой или картонной трубы диаметром около 3 см и длиной около 15 см. Возьмите провод и, закрепив на трубке ниткой или скотчем первый виток, аккуратно, ровно и не спеша намотайте обмотку (рис. 82). Должно быть не менее 200 витков. Учтите, что чрезмерное количество витков может привести к тому, что электрическое сопротивление обмотки полностью поглотит генерируемый ток и вы его не сможете зарегистрировать. Последний виток, так же как и первый, закрепите на катушке. Концы обмотки подсоедините к тестеру, включенному в режим миллиамперметра.