тивоположных точках были ярко выражены полюсы. Перемещая магнитную стрелку вдоль меридиана, Гильберт наблюдал, как наклоне­ние ее концов убывает от одного полюса к дру­гому, а на экваторе становится равным нулю. И Гильберт сделал вывод, что магнитные силы сосредоточены в самой Земле. В наше время магнитное поле Земли уже объясняется процес­сами, которые должны происходить в ее ядре. Земля — гигантский магнит. Магнитные стрел­ки устанавливаются вдоль незримых линий, которые идут над поверхностью Земли от одного магнитного полюса к другому, и в каждой точ­ке стрелка направлена по касательной к такой линии (рис. 1).

Книга Гильберта была началом науки о магнетизме, который привлекает внимание уче­ных вплоть до наших дней. Гильберт заметил, что при намагничивании железный стержень удлиняется. В 1847 г. Д. Джоуль исследовал это явление и обосновал закономерности магнитострикции — попеременного удли­нения и укорачивания металлического стерж­ня при перемагничивании. Магнит, указывал Гильберт, теряет свои свойства при сильном

нагревании (рис. 2). В 1895 г. Пьер Кюри ус­тановил зависимость маг­нитных свойств магне­тиков от температуры, и в учении о магнетизме появилась точка Кюри. Если об этих свойствах известно не всем, то уж каждый зна­ет, что, как ни разла­мывать магнит, в любом

его куске будет все равно два полюса. Это свойство магнита побудило исследователей за­думаться, что же происходит в железе при его намагничивании?

Крутильные весы

Одноименные полюсы двух магнитных стре­лок отталкиваются (рис. 3), противоположные притягиваются (рис. 4). Сила, с которой взаимо­действуют полюсы магнита, была впервые опре­делена с помощью крутильных весов. Весы эти изобрел Шарль Огюстен Кулон. Будучи саперным офицером французской армии, он все свободное время посвящал научным заняти­ям.

В 1779 г. Кулон удостоился приза Академии наук за работу о судовом компасе, а через два года был избран членом Академии. В 1784 г. он сконструи­ровал крутильные весы (рис. 5), чтобы исследо­вать упругие свойства проволоки, и вначале вовсе не помышлял о магнитах. Потом же ока­залось, что если на про­волоку подвесить про­долговатый магнит и к одному из его концов поднести конец другого магнита, то из-за их взаимодействия прово­лока начнет закручи­ваться, и это будет про­должаться, пока сила притяжения или оттал­кивания не уравновесит­ся упругой силой закру­ченной проволоки.

199

Верхний конец проволоки закреплялся по­сле того, как магнит, подвешенный на ее ниж­нем конце, был установлен вдоль магнитного меридиана. Угол закручивания проволоки оп­ределялся световым зайчиком, отраженным от зеркальца, которое было прикреплено к ниж­нему концу проволоки. Весы были установлены в стеклянном цилиндре. Деления на его стенках позволяли измерять расстояние между полю­сами взаимодействующих магнитов. Так как при взаимодействии подвешенный магнит ук­лоняется от магнитного меридиана, то величина силы взаимодействия отличается от истинной, ибо в нем участвует магнитная сила Земли. Магнитную силу Земли можно учесть, замеряя угол закручивания проволоки, при котором подвешенный к ней магнит сохраняет свое положение после того, как другой магнит убран.

В результате исследований стало возмож­ным утверждать, что величина силы взаимного действия двух магнитных полюсов пропорцио­нальна их магнитным массам и обратно пропор­циональна квадрату расстояния между ними:

F=m₁•m₂/R²,

где m₁ и m₂ — магнитные массы полюсов маг­нитов, а R — расстояние между ними.

Этот закон назван именем Кулона.

Но, изучая архивы английского ученого Генри Кавендиша, Максвелл обнаружил ста­тью, из которой следовало, что тот еще раньше Кулона создал прибор, схожий с крутильными весами. Но Кавендиш не опубликовал свое открытие.

Закон Кулона внешне сходен с законом все­мирного тяготения. Сила тяготения тел, как показал Ньютон, пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстоя­ния между ними. Случайное ли это совпадение? Этот вопрос возник давно, однако исчерпываю­щего ответа на него пока нет.

Кулону принадлежат весьма убедительные доводы, почему магнитная сила Земли лишь поворачивает магнитную стрелку, но не сме­щает ее. Силы взаимодействия между каждым из полюсов Земли и стрелкой равны по величи­не, приложены к ее концам, параллельны, но направлены в противоположные стороны. Силы, приложенные к телу таким образом, не могут его смещать. Их действие приводит к вращению тела. По мере приближения стрелки к направ­лению меридиана линии действия этих сил F₁ и F₂ сближаются, уравновешивают друг друга,

и стрелка устанавливается по магнитному мери­диану (рис. 6).

Кулон полагал, что в железе при намагничи­вании образуются маленькие магнитики. В каж­дой частичке железа есть северный и южный магнетизм, и их можно отделить друг от дру­га. Заблуждение Кулона рассеял ирландский химик Ричард Кирван в 1797 г. Он предложил

рассматривать молекулы железа как природные магниты независимо от того, намагничено оно или нет. Когда железный брусок натирают от середины к краям противоположными полюсами магнита, магнитики-молекулы, подобно стрел­ке компаса, устанавливаются вдоль бруска и сам он становится магнитом (рис. 7). Такое представление объясняло, почему магнитную силу нельзя увеличивать в железном бруске бес­предельно. Предел наступает, когда все маг­нитики-молекулы повернутся в одну сто­рону.

Таким образом, к началу XIX в. природу магнетизма стали усматривать в свойствах, присущих молекулам: намагничивание — это маг­нитная ориентация молекул в одном направле­нии.

Дальнейшие исследования магнетизма все теснее связывались с изучением электричества.

200