Рождение и жизнь электромагнита

В сентябре 1820 г. французский физик Д. Араго заметил, что проволока, по которой течет ток, притягивает железные опилки и намагничивает стальные иголки как магнит. В лабораторию Араго как-то зашел А. М. Ампер и предложил свернуть проволоку в спираль, а иголку поместить внутрь спирали. Ученые увидели, что игла намагнитилась намного сильнее, чем раньше. Полученную спираль, или трубку впоследствии назвали соленоидом. Уловив связь между магнитом и соленоидом, Ампер предположил, что внутри магнита существует огромное количество крошечных колец с током. Идея Ампера была верной – только роль колец с током, как мы теперь знаем, играют электроны, вращающиеся вокруг атомных ядер. Рождение электромагнита приближалось...

Рождение электромагнита приближалось...

Соленоид Ампера еще не был электромагнитом – у него отсутствовал железный сердечник, который и становился самым настоящим магнитом при пропускании тока по виткам проволоки. Сердечник во много раз усиливал действие соленоида, делал электромагнит значительно сильнее лучших природных магнитов. И этот сердечник впервые ввел в соленоид английский механик Вильям Стерджен (1783-1850). В 1825 г. Стерджен представил Обществу искусств построенный им первый электромагнит.

Это был подковообразный стержень, покрытый лаком, длиной 30 см и диаметром 1,3 см. На этот стержень был намотан всего один слой голой медной проволоки, которая замыкалась на электрическую батарею. При массе 0,2 кг электромагнит Стерджена поднимал железный груз, почти в 20 раз тяжелее.

Вплоть до 1840 г., электромагниты Стерджена были самыми сильными в мире. А потом вперед вышел будущий великий физик Д. Джоуль. Он повысил число полюсов электромагнита и рационально расположил их на грузе. При этом, электромагнит Джоуля способен был при собственной массе 5,5 кг поднимать 1,2 т! Важно было, чтобы полюса были парными и число их – четным. Оказалось, что не любое повышение числа полюсов выгодно. Так, например, "трехлапый" электромагнит хуже обычного двухполюсного, потому что магнетизм каждого из стержней мешает другим. Невыгодно также один крупный электромагнит составлять из отдельно намотанных мелких.

Электромагниты стали широко применять в промышленности для подъема тяжелых стальных грузов. В 1864 г. в Нью-Йорке построили электромагнит массой 260 кг.

Но, электромагнит был не таким уж безопасным подъемным устройством. Стоило току прекратиться, как электромагнит мгновенно терял силу, и страшный груз сваливался на что и кого попало. Поэтому в дальнейшем стали поступать иначе.

Витки проволоки для электромагнита стали навивать не на простое железо, а на намагниченный материал – постоянный магнит, причем так, чтобы при пропускании тока размагнитить его. Для подъема груза ток выключали, и постоянный магнит (а сейчас есть очень сильные постоянные магниты) притягивал стальные, железные и чугунные предметы, которые поднимали и переносили на место. А чтобы отпустить груз, подавали ток в витки, и магнит временно размагничивался – полюса постоянного магнита и обмотки соленоида были противоположными! Груз отцеплялся. Когда магниту не надо было работать, ток, конечно, выключали, отодвинув магнит от железных предметов подальше, например, подняв его в воздух.

В первой половине XX в. были построены электромагниты, поднимавшие грузы до 75 т. Однако получилось так, что выгода от введения Стердженом железного стержня внутрь обмотки стала постепенно исчезать. Пока катушки были малы, железо сильно увеличивало подъемную силу магнита. Но потом создатели электромагнитов заметили, что с повышением силы магнита его железо как бы насыщается и больше не помогает электромагниту. Начали строить магниты с короткими заостряющимися полюсами, массивным ярмом и огромными катушками. Можно, конечно, сделать количество железа в электромагните настолько большим, чтобы не доводить его до "перенасыщения". Американский изобретатель Эдисон, например, предложил построить самый крупный электромагнит в мире, обмотав проволокой скалу из магнитного железняка в американском городе Огдене, массой более чем 100 млн т!

К сожалению, этот смелый и остроумный проект не был осуществлен.

Инструменты