Магніти та електромагніти
Магнітне тяжіння (або відштовхування) пояснюється тим, що кожному магніту супроводжує розташоване в просторі навколо нього зовнішнє магнітне иоле, здатне взаємодіяти на відстані з іншими магнітними полями. Так, два магніти притягуються один до одного, якщо зближувати їх різнойменні полюси, і відштовхуються, коли зближує полюса однойменного.
При приміщенні в магнітне поле заліза виникає явище магнітної індукції, в результаті якого залізо виявляється теж намагніченим, що володіє власним магнітним полем. Взаємодіючи з основним полем, индуктироваться поле викликає тільки тяжіння заліза. Факт появи индуктированной намагніченості у заліза, що розміщується в магнітне поле, зазвичай підтверджують за допомогою досвіду, коли купка цвяхів притягається до магніту, утворюючи гроно, в якій цвяхи прилипають не тільки до полюсів, але і один до одного. Досить прибрати магніт, як вся гроно розсипається, і цвяхи виявляються абсолютно нездатними взаємно притягатися.
Магнітна індукція можлива лише в тілах, званих феромагнітними, до яких відносяться залізо, сталь, нікель, кобальт і ряд сплавів цих металів.
На відміну від електричного поля, силові лінії якого завжди розімкнуті, так як вони починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних, магнітні поля утворені завжди замкнутими лініями, що виходять із північного полюса магніту і входять в південний. Усередині тіла магніту силові лінії йдуть від південного полюса до північного.
Зовнішні магнітні поля магнітів, а також індукувати цими полями вторинні поля у шматочків заліза зручно спостерігати за допомогою залізної тирси, розташованих при розкидання на листку паперу, що покриває магнітні полюси, у вигляді деякого спектра ліній, густота яких і напрямок характеризують вид поля.
Для визначення наявності та основних характеристик слабких магнітних полів більш придатний метод їх дослідження за допомогою магнітної стрілки, яка орієнтується завжди уздовж силових ліній досліджуваного магнітного поля. Саме за допомогою магнітних стрілок було виявлено, що навколо кожного провідника зі струмом виникає циліндричний магнітне поле, пропорційне силі струму і складається з замкнутих концентричних силових ліній. На рис. 8 показаний досвід, який підтверджує магнітні властивості провідника зі струмом.
Якщо провідник зі струмом згорнути в кільце або краще в багатовитковому котушку, магнітне поле такої котушки за формою і властивостями нічим не буде відрізнятися від поля постійного магніту. Поле це посилиться, якщо всередину котушки помістити залізний сердечник, і таку систему називають вже електромагнітом.
Про сутність магнетизму відомо кілька гіпотез. За однією з них поля постійних магнітів виникають завдяки дії деяких електричних струмів, що знаходяться всередині магніту. Такими елементарними круговими струмами є електронні орбіти окремих атомів. У ненамагніченого шматку стали, наприклад, як і у всякому провіднику, далеко не всі планетарні електрони вільні. Найбільш близькі до центру атома електрони звертаються лише навколо власних ядер, але обертання це відбувається в різних випадково орієнтованих площинах, внаслідок чого зовнішнього магнітного ефекту немає. Якщо ж помістити сталь в магнітне поле, її близькі до ядер атомів електрони почнуть обертатися в паралельних один одному площинах, причому магнітні дії їх підсумовуються.
Якщо тепер прибрати намагнічує поле, площині електронних орбіт всіх атомів, пов'язаних їх сумарним магнітним потоком, збережуть додану їм паралельність, а шматок стали збереже з'явилося у нього власне зовнішнє магнітне поле: кажуть, що сталь намагнічена.
Мал. 8. Ілюстрація магнітних властивостей струму.
У залозі, тимчасово поміщається в сильне магнітне поле, впорядкування розташування електронних орбіт також має місце, але лише деякі орбіти зберігають надану їм позицію після того, як намагнічує поле буде прибрано. Цим і пояснюється, що залізо не зберігає намагніченості, а несе в собі лише слабкі сліди залишкового магнетизму після того, як було тимчасово піддано впливу сильного поля, що намагнічує. У немагнітних матеріалах (наприклад, латунь, алюміній і ін.) Теж є ближні електронні орбіти, проте їх положення в просторі під впливом магнітних полів не змінюється, тому магнітної індукції в них немає.
Пояснення магнітних явищ дією кругових струмів поширюється навіть і на магнітне поле землі. Земна куля, оточений обертовою разом з ним атмосферою з постійно присутніми в ній скупченнями зарядів, виявляється як би охопленим витком потужного струму, який і створює магнітне поле землі.
Магнітне поле котушки, обмотка якої містить п витків, в п разів сильніше магнітного поля одиночного витка. У той же час магнітне поле котушки тим сильніше, чим більший струм протікає по її обмотці. Тому повна характеристика магнітних властивостей котушки з струмом дається допустимим числом ампер витків, при якому котушка може створювати магнітне поле, що не пошкоджуючи від перегріву.
Мал. 9. Схеми реле і електричного дзвінка.
На рис. 9 а показано пристрій реле, придатного для дистанційного замикання електричних ланцюгів, які можуть бути підведені до робочих контактів реле К1 і К2. При замиканні ланцюга харчування обмотки реле його якір Я, притягаючи до сердечника С, зближує контакти до зіткнення, а при виключенні живлення дає їм можливість розійтися. На цьому ж малюнку показано умовне позначення реле, що працює на розмикання контактів (б).
На рис. 9 в показано пристрій електричного дзвінка, молоточок якого буде автоматично коливатися протягом усього часу, поки натисканням кнопки Кн ланцюг харчування дзвінка замкнута. Коливання виникають і підтримуються через наявність автоматичного переривання струму живлення в контакті До при кожному тяжінні якоря Я сердечником С.