Трактат об электричестве и магнетизме. Том 2.
Шрифт:
12Phil. Mag., XXX, 1847
Наконец, он пропустил электрический ток в прямом направлении вдоль оси железной трубки и в обратном направлении по её наружной части; трубка, таким образом, превратилась в замкнутый магнитный соленоид с намагниченностью,, направленной под прямыми углами к оси трубки. Оказалось, что длина оси трубки в этом случае уменьшилась.
Он нашёл, что железный прут, к которому приложено продольное давление, также удлиняется при намагничивании. Однако, если на прут оказывается значительное
Это относится к проволоке диаметром четверть дюйма, растянутой весом более 600 фунтов.
В случае проволоки из твёрдой стали влияние намагничивающей силы сводилось к укорочению проволоки независимо от того, подвергалась она растяжению или сжатию. Изменение длины имело место только в течение времени действия намагничивающей силы и не наблюдалось под влиянием постоянной намагниченности стали.
Джоуль определил, что удлинение железных проволок примерно пропорционально квадрату истинной намагниченности, поэтому первое действие размагничивающего тока состояло в укорачивании проволоки.
С другой стороны, он нашёл, что эффект укорачивания растянутой железной проволоки или стали меняется как произведение намагниченности на намагничивающий ток.
Видеман нашёл, что если по вертикальной проволоке, намагниченной южным полюсом кверху, пропустить сверху вниз электрический ток, то нижний, свободно подвешенный конец проволоки скрутится по часовой стрелке, если смотреть сверху, или, другими словами, проволока окажется скрученной как правый винт, если соотношение между продольным током и намагничивающим током является правовинтовым.
В этом случае результирующая намагниченность, обусловленная как действием тока, так и существовавшей ранее намагниченностью, будет направлена по правому винту вокруг проволоки. Следовательно, скручивание будет указывать на то, что железо при намагничивании расширяется в направлении намагниченности и сжимается в направлении, ей перпендикулярном. Это согласуется с результатами Джоуля.
Дальнейшее развитие теории намагниченности см. в п. 832-845.
ГЛАВА VII
МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
449. Основные магнитные измерения состоят в определении магнитной оси и магнитного момента магнита, а также в определении направления и величины магнитной силы в данном месте.
Так как эти измерения обычно выполняются вблизи земной поверхности, то на магниты всегда действуют сила тяжести и земной магнетизм, а поскольку магниты изготовляются из стали, их магнетизм является частично постоянным и частично индуцированным. Постоянная намагниченность меняется при изменении температуры, при сильной индукции и резких ударах; индуцированная намагниченность меняется при любой вариации внешней магнитной силы.
Для наблюдения действующих на магнит сил удобнее всего сделать его свободно вращающимся вокруг вертикальной оси. В обычном компасе это достигается путём балансировки магнита на вертикальном стержне. Чем тоньше остриё стержня, тем меньше момент трения, препятствующий действию магнитной силы. Для более точных наблюдений магнит подвешивается на нити, составленной из незакрученного шёлкового волокна, одиночного или удвоенного в нужное число раз так, чтобы на каждое из параллельных волокон, образующих эту нить, приходилась по возможности одинаковая доля веса. У такой нити сила закручивания намного меньше, чем у металлической проволоки равной натяжённости, и она может быть вычислена через измеряемый азимут магнита, что невозможно в случае силы, возникающей из-за трения об остриё стержня.
Нить подвеса можно поднимать или опускать, поворачивая горизонтальный винт, работающий в неподвижной гайке. Нить намотана вдоль нарезки винта так, что при повороте винта она всегда продолжает висеть вдоль одной и той же вертикальной линии.
К нити подвеса прикреплён небольшой градуированный круг, называемый поворотным кругом, а также хомутик с указателем, который можно совместить с любым наперёд заданным делением на поворотном круге. Форма хомутика позволяет укрепить в нём магнитный брусок так, чтобы ось магнита была горизонтальной и любая из его четырёх поверхностей могла быть обращена кверху.
Рис.13
Для установления нуля угла поворота в хомутик помещается немагнитное тело одинакового веса с магнитом и отмечается положение поворотного круга в равновесии [рис. 13].
Сам по себе магнит - это кусок закалённой стали. Согласно Гауссу и Веберу, его длина должна быть по крайней мере в восемь раз больше максимального поперечного размера. Это необходимо, если наиболее важным соображением считать постоянство магнитной оси в пределах магнита. Когда требуется безинерционность, магнит должен быть короче; для того чтобы наблюдать резкие изменения магнитной силы, лучше даже использовать поперечно намагниченный брусок, подвешенный вертикально 1.
1 Joule, Ргос. Phil. Soc., Manchester, Nov. 29, 1864.
450. Магниту придаётся устройство для определения его угловой координаты. Для обычных целей на концах магнита делаются отметки, а под магнитом размещается градуированный круг, по которому их положение считывается глазом, находящимся в плоскости нити подвеса и острия стрелки.
Для более точных наблюдений к магниту прикрепляется плоское зеркальце, нормаль к которому как можно точнее совпадает с осью намагниченности. Этот метод принят Гауссом и Вебером.
При другом методе на одном конце магнита помещается линза, а на другом - шкала, нанесённая на стекло, причём расстояние от линзы до шкалы равно главному фокусному расстоянию линзы. Прямая линия, соединяющая нуль шкалы с оптическим центром линзы, должна как можно точнее совпадать с магнитной осью.
Эти оптические методы определения угловой координаты подвешенного прибора играют важную роль во многих физических исследованиях, поэтому мы здесь рассмотрим их математическую теорию сразу для всех случаев.