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LABORATORIO CIENTÍFICO INFANTIL
Con brújula a través de campos magnéticos. Laboratorio de ciencias para niños
Directorio / Laboratorio de ciencias para niños Ahora ya casi no quedan personas que te den la mano con agradecimiento por la historia de que la Tierra es redonda, diciendo: "Gracias, amigo, siempre escucharás algo nuevo de ti". Pero ¿por qué está dando vueltas? Esta pregunta desconcierta no sólo al estudiante. Sus sabios padres también se vuelven pensativos cuando la eterna rotación les pregunta este "por qué". "Probablemente magnetismo", dicen. ¿Entonces por qué? Pero... primero sobre el magnetismo en general. Campo electromagnético de un clavo y una lima Con una lima o incluso con una simple uña, puedes. obtener campos magnéticos bien marcados. Es suficiente envolverlos con un cable aislado y dejar que la corriente fluya a través de él. La corriente eléctrica, al pasar a través de las bobinas, creará un campo y el núcleo lo aumentará considerablemente. El núcleo mismo de un solenoide tan simple, ya sea un clavo o una lima, se convertirá en un imán. Pero al mismo tiempo, un imán central hecho con un clavo tendrá una diferencia fundamental con respecto a un imán hecho con una lima. ¿Cuál crees que es esta diferencia? Esto será discutido abajo. Pero si quiere encontrar la diferencia usted mismo, haga los siguientes experimentos. Envuelva un cable aislado de 0,1-0,4 mm de espesor alrededor de un clavo común. Conecte un extremo del devanado a la batería de la linterna (Fig. 1). Espolvorea clavos pequeños sobre la mesa. Lleve la cabeza del clavo a los pernos pequeños, luego conecte el otro extremo del devanado a la batería. Los clavos pequeños se pegarán instantáneamente a la cabeza del clavo central. Cuando se apaga, las baterías de clavo de olor caerán inmediatamente.
Ahora hagamos un imán artificial a partir de una lima. En la rueda de esmeril, elimine la muesca de los planos de la lima, corte la tira necesaria. Luego, la tira debe frotarse desde el centro hasta los extremos, con los polos opuestos de los imanes. Una tira rígida de acero se puede magnetizar artificialmente de otra manera: utilizando una corriente eléctrica continua. Enrolle un cable con buen aislamiento en una placa de acero y luego encienda el bobinado a través del reóstato durante unos segundos. Ahora la diferencia entre una uña imantada y una lima se hará evidente. En el primer caso, el núcleo tiene propiedades magnéticas solo durante el paso de la corriente (a lo largo de las espiras), en el segundo caso, se obtiene un imán permanente. Una lima, a diferencia de una uña, tendrá magnetismo residual. La razón radica en la alta dureza del material de la lima. En una placa sólida de acero, los átomos que la componen están muy "fuertemente" orientados. Por lo tanto, conservan mejor sus propiedades magnéticas. Al cortar el imán por la mitad, obtenemos dos imanes idénticos con polos diferentes. Repitiendo esta operación, obtenemos nuevamente imanes con diferentes polos. Si cortamos un imán en partículas microscópicas, cada una de estas partículas aún tendría dos polos: norte (positivo) y sur (negativo). Este hecho lleva a la conclusión de que los polos de un imán no existen por separado, así como existen partículas cargadas eléctricamente negativas (electrones) y positivas (protones). Sin embargo, es posible hacer un imán con los mismos polos en los extremos. Solo es necesario frotar la placa de acero con los mismos postes, por ejemplo, los del norte, llevándolos desde el medio hasta los extremos. Luego, los átomos se organizarán en la estructura de la placa de modo que los polos norte vayan en una dirección y el sur, en la otra. La aguja magnética se encuentra a lo largo de las líneas de fuerza magnéticas. La configuración de las líneas de campo magnético es fácil de capturar con limaduras de hierro. Después de colocar el vaso con limaduras de metal en la barra magnética, golpee ligeramente el vaso. Cada partícula de hierro magnetizada será una pequeña aguja magnética. Extendiéndose a lo largo de las líneas de fuerza del campo, revelarán su configuración. Durante la sacudida, la mayor parte del aserrín se moverá hacia los polos. La parte ecuatorial del campo se adelgazará. Pero las partículas cargadas eléctricamente se comportan de manera bastante diferente. Si las partículas con carga negativa y positiva pudieran verterse como aserrín sobre vidrio, entonces las partículas cargadas se repelerían desde los polos y se concentrarían en la zona ecuatorial del campo magnético, en forma de anillo. Pero, ¿cómo puedes ver todo esto? Galaxias caseras En los betatrones se producen haces de partículas cargadas, en particular de electrones (partículas beta). En ellos, los electrones se aceleran casi a la velocidad de la luz, y los propios dispositivos pesan toneladas y, a veces, cientos de toneladas. Y, sin embargo, casi todos nosotros podemos realizar un experimento con un haz de electrones usando televisores comunes. De hecho, en el tubo de TV, son los electrones los que golpean la pantalla del cinescopio en filas, provocando un brillo. Tome un imán permanente más fuerte, lleve su polo a la pantalla. La imagen en la pantalla se convertirá en una espiral parecida a una galaxia. Si la imagen está torcida hacia la derecha, esto significa que el polo norte del imán aparece en la pantalla. El polo sur del imán forma una espiral torcida hacia la izquierda. Cuando el imán se acerca a la pantalla, aparecerá un anillo oscuro contra él (si el imán es cilíndrico), y un punto brillante permanecerá en el centro, a través del cual el flujo de electrones continúa yendo hacia el polo. La mancha oscura muestra que los polos magnéticos repelen los electrones, los dirigen hacia el ecuador del campo magnético y orbitan alrededor del imán. Los electrones son repelidos por los polos norte y sur. Por tanto, se concentran en el plano ecuatorial del campo magnético en forma de anillo bastante plano, como los anillos del planeta Saturno.
Tomando el imán por el extremo del polo norte con la mano derecha, llévelo horizontalmente a la pantalla con todo su plano. La imagen en la pantalla se doblará en un arco, hacia arriba por encima del ecuador del campo magnético. Gire el imán con el polo sur hacia la derecha: la imagen en la pantalla se doblará hacia abajo. Se puede ver a partir de estos experimentos que los electrones orbitan en sentido contrario a las agujas del reloj en un campo magnético, si miras el imán desde el polo norte. Si se trata de partículas cargadas positivamente, entonces, partiendo de los polos del imán, irían en dirección opuesta a la dirección de los electrones en órbita. ¿Y qué sucederá si el imán se coloca sobre cojinetes y se irradia con un haz de electrones bastante potente? Probablemente, el imán comenzará a girar: en el flujo de electrones, en el sentido de las agujas del reloj, en el flujo de protones, en el sentido contrario a las agujas del reloj. La dirección de rotación del imán será opuesta a la dirección de torsión de las partículas cargadas. Y ahora recordemos que nuestra Tierra es un imán enorme, que una corriente de protones cae sobre ella desde el espacio. Ahora está claro por qué hablamos durante mucho tiempo sobre el magnetismo antes de pasar a la prometida explicación de la rotación de nuestro planeta. En un baile redondo El científico inglés W. Gelbert creía que la Tierra consiste en una piedra magnética. Más tarde se decidió que la Tierra estaba magnetizada por el Sol. Los cálculos refutan estas hipótesis. Intentaron explicar el magnetismo de la Tierra por los flujos de masa en su núcleo de metal líquido. Sin embargo, esta hipótesis en sí misma se basa en la hipótesis del núcleo líquido de la Tierra. Muchos científicos creen que el núcleo es sólido y nada de hierro. En 1891, el científico inglés Schuster, al parecer por primera vez, trató de explicar el magnetismo de la Tierra por su rotación alrededor de su eje. El conocido físico P. N. Lebedev dio mucho trabajo a esta hipótesis. Asumió que bajo la influencia de la fuerza centrífuga, los electrones de los átomos se desplazan hacia la superficie de la Tierra. A partir de esto, la superficie debe estar cargada negativamente, esto provoca magnetismo. Pero los experimentos con la rotación del anillo hasta 35 mil revoluciones por minuto no confirmaron la hipótesis: el magnetismo no apareció en el anillo. En 1947, P. Bleket (Inglaterra) sugirió que la presencia de un campo magnético en los cuerpos en rotación es una ley desconocida de la naturaleza. Blackett trató de establecer la dependencia del campo magnético de la velocidad de rotación del cuerpo. En ese momento se conocían datos sobre la velocidad de rotación y los campos magnéticos de tres cuerpos celestes -la Tierra, el Sol y la Enana Blanca-, la estrella E78 de la constelación de Virgo. El campo magnético del cuerpo se caracteriza por su momento magnético, la rotación del cuerpo, por el momento angular (teniendo en cuenta el tamaño y la masa del cuerpo). Desde hace tiempo se sabe que los momentos magnéticos de la Tierra y el Sol están relacionados entre sí de la misma manera que sus momentos angulares. ¡La estrella E78 observó esta proporcionalidad! Por lo tanto, se hizo evidente que existe una conexión directa entre la rotación de los cuerpos celestes y su campo magnético.
Daba la impresión de que era la rotación de los cuerpos lo que provocaba el campo magnético. Blacket trató de probar experimentalmente la existencia de la ley que proponía. Para el experimento se fabricó un cilindro de oro de 20 kg de peso. Pero los experimentos más sutiles con el cilindro mencionado no arrojaron nada. El cilindro dorado no magnético no mostró signos de un campo magnético. Ahora se han establecido los momentos magnético y angular para Júpiter, y también preliminarmente para Venus. Y nuevamente, sus campos magnéticos, divididos por el momento angular, están cerca del número de Blacket. Después de tal coincidencia de los coeficientes, es difícil atribuir el asunto al azar. Entonces, ¿qué: la rotación de la Tierra excita un campo magnético, o el campo magnético de la Tierra provoca su rotación? Por alguna razón, los científicos siempre han creído que la rotación ha sido inherente a la Tierra desde su formación. ¿Es tan? ¡O tal vez no! Una analogía con nuestra experiencia de "televisión" plantea la pregunta: ¿es porque la Tierra gira alrededor de su eje que, como un gran imán, se encuentra en una corriente de partículas cargadas? El flujo consiste principalmente en núcleos de hidrógeno (protones), helio (partículas alfa). Los electrones no se observan en el "viento solar", probablemente se forman en trampas magnéticas en el momento de colisiones de corpúsculos y se producen en cascadas en las zonas del campo magnético terrestre. Tierra - electroimán La conexión entre las propiedades magnéticas de la Tierra y su núcleo ahora es bastante obvia. Los cálculos de los científicos muestran que la Luna no tiene un núcleo fluido, por lo que tampoco debería tener un campo magnético. De hecho, las mediciones con cohetes espaciales han demostrado que la Luna no tiene un campo magnético apreciable a su alrededor. Se obtuvieron datos interesantes como resultado de las observaciones de las corrientes terrestres en el Ártico y la Antártida. La intensidad de las corrientes eléctricas terrestres allí es muy alta. Es decenas y cientos de veces mayor que la intensidad en las latitudes medias. Este hecho indica que el influjo de electrones de los anillos de las trampas magnéticas de la Tierra entra intensamente a la Tierra a través de los casquetes polares en las zonas de los polos magnéticos, como en nuestro experimento con la TV. En el momento de mayor actividad solar, las corrientes eléctricas terrestres también aumentan. Ahora, probablemente, se puede considerar como establecido que las corrientes eléctricas en la Tierra son causadas por las corrientes de las masas del núcleo de la Tierra y la entrada de electrones a la Tierra desde el espacio, principalmente desde sus anillos de radiación. Entonces, las corrientes eléctricas causan el campo magnético de la Tierra, y el campo magnético de la Tierra, a su vez, obviamente hace que nuestra Tierra gire. Es fácil adivinar que la velocidad de rotación de la Tierra dependerá de la proporción de partículas con carga positiva y negativa capturadas por su campo magnético desde el exterior, y también nacidas dentro del campo magnético de la Tierra. Autor: I.Kirillov
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