Практическая жизнь людей отбросила как ненужное все, что связывало магнитный камень с потусторонними силами. Осталась реальная и одновременно чудесная возможность — открывать с его помощью окружающий мир.
И когда позднее английский врач В. Гильберт, изучавший магнитные и электрические явления, открыл естественную причину поведения магнитной стрелки, путеводитель мореходов уже давно не числился по ведомству мистики.
Решающий опыт Гильберта был прост и изящен. Он выточил из куска магнитной руды миниатюрное подобие нашей планеты, поместил на этой модели маленький компас, стрелка компаса повела себя как обычно — одним концом она указывала направление на север, а другим — на юг. Вывод мог быть только один: Земля сама является огромным магнитом.
Как и всякий магнит, наша планета окружена полем магнитных сил, с которым взаимодействует поле, окружающее магнитную стрелку компаса. При этом разноименные полюса двух магнитов — большого и маленького — стремятся притянуться друг к другу. Южный полюс подвижной стрелки компаса поворачивается к Северному полюсу Земли, а ее Северный полюс — к Южному.
Говоря другими словами, стрелка компаса стремится принять положение вдоль магнитных силовых линий Земли, веерообразно расходящихся из одного полюса и вновь сходящихся в другом.
Это было замечательное открытие, поскольку до Гильберта никому и в голову не приходило объяснить поведение стрелки компаса наличием магнитных свойств у Земли. Открытие, сделанное Гильбертом, положило начало одному из самых важных, необходимых для практики разделов науки о Земле — земному магнетизму. Теперь мы знаем, что магнитные полюсы Земли не совпадают полностью с географическими. Где бы вы ни находились, стрелка компаса отклоняется от точного направления на север и юг, к западу или востоку. Угол между географическим и магнитным полюсами был назван склонением. Об этой особенности мореходы знали уже давно.
Любопытно вспомнить, как было воспринято такое поведение компаса матросами Колумба во время его первого плавания к берегам Америки. Три каравеллы X. Колумба отправились в неведомые дали на рассвете 3 августа 1492 года. Уже через месяц многие матросы желали только одного — возвращения домой. Неизведанный океан грозил гибелью. Между тем корабли покинули последний из Канарских островов; что было впереди, уже никто не знал. В корабельной книге «Санта-Марии», которой командовал Колумб, 9 сентября была сделана запись: «Адмирал принял решение отсчитывать доли пути меньшие, чем проходили в действительности, в том случае, если бы плавание оказалось длительным, чтобы людьми не овладели страх и растерянность». А через четыре дня после этого вдруг начал «шалить» компас. Вместо того, чтобы показывать на север, с небольшим смещением к востоку, магнитная стрелка отклонилась к северо-западу. Весть о необычном поведении компаса, которому моряки уже привыкли доверять, распространилась среди матросов. Почему? Уж не вмешались ли тут могущественные силы, которые, возможно, не хотят, чтобы каравеллы достигли «края земли»?! И без того возбужденные суеверные люди готовы были поднять бунт, потребовать немедленного возвращения домой. Оценив опасность, адмирал пошел на необычную меру. Таясь от команды, он передвинул картушку компаса с угловыми делениями так, что склонение стрелки снова стало обычным.
Среди множества историй о «волшебных» свойствах магнитных камней более всего волновали воображение людей рассказы о необычайной силе этого феномена природы. Древнегреческий географ Клавдий Птолемей писал, например, что неподалеку от нынешнего острова Борнео существуют горы, «обладающие огромной силой притяжения, поэтому обшивка кораблей должна крепиться деревянными гвоздями, так как железные будут вырваны из дерева» и произойдет катастрофа. Эту легенду заимствовал Жюль Верн. Вот как он пересказал ее в своем романе «Ледяной сфинкс»:
«Паракута» теперь двигалась с изумительной быстротой. Вдруг якорь, снятый с Гальброна и положенный на носу нашей лодки, соскочил со своего места вперед и натянул канат, которым он был привязан, так что тот чуть не лопнул… Казалось, будто якорь двигался по воздуху сам по себе и тянул на буксире за собой лодку все ближе к берегу.
Боцман бросился перерезать канат, но нож, бывший у него в руках, какой-то силой был вырван, в то же время лопнул канат, и якорь и нож с огромной быстротой полетели к чудесному утесу. Все железные предметы, находившиеся в лодке, выскакивали и летели вслед за якорем.
Когда люди высадились на берег, около этого чудесного утеса, они увидели еще более необыкновенную картину: сбоку утеса, на высоте двух метров над землей, висел труп человека. За спиной его находилось на перевязи ружье, уже изъеденное ржавчиной. За это ружье магнитный утес и удерживал мертвого человека. Как видно, он не успел скинуть ружья и магнит притянул его к себе с такой огромной силой, что человек не смог оторваться от скалы и умер от голода…»
Не правда ли, впечатляющая картина?
Но возможно ли такое?
Ответ однозначен: все это не более чем чудо из сказки.
Однако действительность, как бывает не так уж редко, теперь затмила сказку. Подлинные чудеса, рожденные человеческим разумом, оказались куда более удивительными и в то же время полезными. Профессор физики X. К. Эрстед читал студентам Копенгагенского университета лекцию о тепловом действии электрического тока. Она прошла бы, как обычно, с успехом — тема лекции в те времена привлекала неизменное внимание, — если бы не вмешательство «его величества» случая. Рядом с проволочкой, которую нагревали током, оказался магнит. Как только включили ток, стрелка резко отклонилась в сторону. Один из студентов обратил на это внимание профессора. Эрстед понял всю важность факта. Электрический ток порождает магнитное поле! Это было открытие давно искомой связи магнетизма и электричества.
Так в истории науки был сделан первый шаг в область электромагнетизма, давший технике целый ряд блестящих изобретений за последние сто пятьдесят лет.
Уже буквально через несколько дней Араго и Ампер, известные физики Франции, создали новый прибор, в котором электрический ток порождал магнитное поле. Он был совсем прост. Каждый из читателей может проверить свои конструкторские способности. Изготовьте из медной проволоки спираль и пустите в нее постоянный ток от батареи; спираль будет подобна обычному магниту — вокруг нее возникает магнитное силовое поле. На одном конце спирали появится северный магнитный полюс, на другом — южный. Как и магнит, спираль притягивает железные предметы.
Включите электрический ток, и все магнитные свойства у спирали исчезают. Увеличивая или уменьшая силу тока, можно изменять силу магнитного притяжения в электромагните. Если в спираль поместить железный сердечник, то при включении тока он становится также магнитом, сила электромагнита значительно возрастает.
Уже через пять лет после открытия Эрстеда, в 1825 году английский электротехник-изобретатель У. Стерджен показал ученому миру небольшой электромагнит, весом двести граммов, который держал своими невидимыми руками груз в восемнадцать раз более тяжелый. Такой силе мог позавидовать любой природный магнит. Через пятнадцать лет Стерджен, продолжавший совершенствовать свое детище, создал электромагнит, который поднимал пятьсот пятьдесят килограммов. Сконструированный в том же году Джоулем (именем которого названа единица энергии) электромагнит поднимал груз уже весом в одну тысячу триста килограммов. А затем пошли совсем сказочные цифры. В XX столетии появились электромагниты, способные удержать в своих мощных «щупальцах» десятки тонн груза!
Чтобы яснее представить себе магнитное чудо современной техники, достаточно сказать, что они способны генерировать мгновенные магнитные поля, превосходящие земное в десятки миллионов раз. Такие сверхсильные поля позволяют исследователям проникать в самые глубинные тайны материи. Магниты-гиганты дали путевку в жизнь науке о сверхпроводимости. Они пишут сейчас новую главу в истории энергетики. Великое множество больших и малых магнитов трудится ныне на Земле и в космосе — в приборах, аппаратах, машинах — всюду, где есть техника.
С помощью электромагнита врач извлекает попавшие в глаз металлические соринки. В цеху «магнитные руки» легко переносят по воздуху многотонные заготовки металла. Без магнитов замолчат телефонная трубка, радиоприемник, телевизор… В лабораторию поступила только что изготовленная лопатка для турбины. Если в ней есть хотя бы самые ничтожные трещинки или пустоты, при работе турбины лопатка может выйти из строя. Необходима тщательная проверка.
Лопатку намагничивают при помощи сильного электрического тока и поливают керосином, смешанным с мелкими железными опилками. Если в детали имеются раковины или трещины, они будут сразу же обнаружены: железные опилки прильнут к ним и точно укажут, где находятся дефекты, каков их вид.
