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LABORATÓRIO CIENTÍFICO INFANTIL
Com bússola através de campos magnéticos. Laboratório de Ciências para Crianças
Diretório / Laboratório de Ciências para Crianças Agora quase não sobrou ninguém que apertará sua mão com gratidão pela história de que a Terra é redonda, dizendo: "Obrigado, amigo, você sempre ouvirá algo novo." Mas por que ela está girando? Esta questão confunde não apenas o aluno. Seus pais eruditos também ficam pensativos quando a rotação eterna lhes pergunta esse “porquê”. “Provavelmente magnetismo”, dizem eles. Então por que? Mas... primeiro sobre o magnetismo em geral. Campo eletromagnético de um prego e uma lima Com uma lima ou até mesmo um simples prego, você consegue. obter campos magnéticos bem marcados. Basta envolvê-los com um fio isolado e deixar a corrente fluir por ele. A corrente elétrica, passando pelas bobinas, criará um campo e o núcleo o aumentará drasticamente. O próprio núcleo de um solenóide tão simples, seja um prego ou uma lima, se tornará um ímã. Mas, ao mesmo tempo, um ímã central feito de um prego terá uma diferença fundamental de um ímã feito de uma lima. O que você acha que é essa diferença? Isso será discutido abaixo. Mas se você quiser descobrir a diferença sozinho, faça os seguintes experimentos. Enrole um fio isolado com 0,1-0,4 mm de espessura em torno de um prego comum. Anexe uma extremidade do enrolamento à bateria da lanterna (Fig. 1). Polvilhe pequenos cravos na mesa. Leve a cabeça do prego até os pequenos pinos e, em seguida, prenda a outra extremidade do enrolamento à bateria. Pregos pequenos grudam instantaneamente na cabeça do prego central. Quando desligadas, as baterias do cravo cairão imediatamente.
Agora vamos fazer um ímã artificial a partir de uma lima. Na roda de esmeril, retire o entalhe dos planos da lima e corte a tira necessária. Em seguida, a tira deve ser esfregada do centro para as pontas - com os pólos opostos dos ímãs. Uma tira de aço rígida pode ser magnetizada artificialmente de outra maneira - usando corrente elétrica direta. Enrole um fio com bom isolamento em uma placa de aço e depois ligue o enrolamento através do reostato por alguns segundos. Agora a diferença entre um prego magnetizado e uma lima ficará aparente. No primeiro caso, o núcleo possui propriedades magnéticas apenas durante a passagem da corrente (ao longo das espiras), no segundo caso obtém-se um ímã permanente. Uma lima, ao contrário de um prego, terá magnetismo residual. A razão está na alta dureza do material da lima. Em uma placa de aço sólida, os átomos que a compõem são muito "fortemente" orientados. Portanto, eles retêm melhor suas propriedades magnéticas. Cortando o ímã ao meio, obtemos dois ímãs idênticos com pólos diferentes. Ao repetir esta operação, obtemos novamente ímãs com pólos diferentes. Se cortarmos um íman em partículas microscópicas, cada uma destas partículas ainda teria dois pólos: norte (positivo) e sul (negativo). Este fato leva à conclusão de que os pólos de um ímã não existem separadamente, assim como existem partículas eletricamente carregadas negativas (elétrons) e positivas (prótons). Porém, é possível fazer um ímã com os mesmos pólos nas extremidades. Basta esfregar a chapa de aço com os mesmos postes, por exemplo, os norte, conduzindo-os do meio para as pontas. Em seguida, os átomos serão organizados na estrutura da placa de modo que os pólos norte fiquem em uma direção e os pólos sul na outra. A agulha magnética está localizada ao longo das linhas de força magnética. A configuração das linhas do campo magnético é fácil de capturar com limalha de ferro. Depois de colocar o vidro com limalha de metal na barra magnética, bata levemente no vidro. Cada partícula de ferro magnetizada será uma pequena agulha magnética. Estendendo-se ao longo das linhas de força do campo, revelarão sua configuração. Durante a agitação, a maior parte da serragem irá para os postes. A parte equatorial do campo diminuirá. Mas as partículas eletricamente carregadas se comportam de maneira bem diferente. Se partículas carregadas negativa e positivamente pudessem ser derramadas como serragem no vidro, então as partículas carregadas seriam repelidas dos pólos e concentradas na zona equatorial do campo magnético - na forma de um anel. Mas como você pode ver tudo isso? Galáxias caseiras Feixes de partículas carregadas, em particular elétrons (partículas beta), são produzidos em betatrons. Neles, os elétrons são acelerados quase à velocidade da luz, e os próprios dispositivos pesam toneladas, às vezes centenas de toneladas. Mesmo assim, quase todos nós somos capazes de realizar um experimento com um feixe de elétrons usando televisores comuns. Na verdade, no tubo da TV, são os elétrons que atingem a tela do cinescópio em fileiras, causando um brilho. Pegue um ímã permanente mais forte e traga seu pólo para a tela. A imagem na tela se transformará em uma espiral semelhante a uma galáxia. Se a imagem estiver torcida para a direita, isso significa que o pólo norte do ímã é trazido para a tela. O pólo sul do ímã forma uma espiral torcida para a esquerda. Quando o ímã se aproxima da tela, um anel escuro aparecerá contra ele (se o ímã for cilíndrico), e um ponto brilhante permanecerá bem no centro, através do qual o fluxo de elétrons continua a ir em direção ao pólo. A mancha escura mostra que os pólos magnéticos repelem os elétrons, direcionam-nos para o equador do campo magnético e orbitam ao redor do ímã. Os elétrons são repelidos pelos pólos norte e sul. Portanto, eles estão concentrados no plano equatorial do campo magnético na forma de um anel bastante plano, como os anéis do planeta Saturno.
Pegando o ímã pela extremidade do pólo norte com a mão direita, traga-o horizontalmente para a tela com todo o seu plano. A imagem na tela será curvada em um arco - acima do equador do campo magnético. Gire o ímã com o pólo sul para a direita - a imagem na tela se curvará. Pode-se ver a partir desses experimentos que os elétrons orbitam no sentido anti-horário em um campo magnético, se você olhar para o ímã do pólo norte. Se estivéssemos lidando com partículas carregadas positivamente, então elas, partindo dos pólos do ímã, seguiriam na direção oposta à direção dos elétrons em órbita. E o que acontecerá se o ímã for colocado em rolamentos e irradiado com um feixe de elétrons bastante poderoso? Provavelmente, o ímã começará a girar: no fluxo de elétrons - no sentido horário, no fluxo de prótons - no sentido anti-horário. A direção de rotação do ímã será oposta à direção de torção das partículas carregadas. E agora vamos lembrar que nossa Terra é um enorme ímã, que um fluxo de prótons cai sobre ela vindo do espaço. Agora está claro por que falamos tanto sobre magnetismo antes de passarmos à prometida explicação da rotação do nosso planeta. Em uma dança redonda O cientista inglês W. Gelbert acreditava que a Terra consistia em uma pedra magnética. Mais tarde foi decidido que a Terra era magnetizada pelo Sol. Os cálculos refutaram essas hipóteses. Eles tentaram explicar o magnetismo da Terra pelos fluxos de massa em seu núcleo de metal líquido. No entanto, esta própria hipótese baseia-se na hipótese do núcleo líquido da Terra. Muitos cientistas acreditam que o núcleo é sólido e não é de ferro. Em 1891, o cientista inglês Schuster, aparentemente pela primeira vez, tentou explicar o magnetismo da Terra pela sua rotação em torno do seu eixo. O conhecido físico P. N. Lebedev deu muito trabalho a esta hipótese. Ele presumiu que sob a influência da força centrífuga, os elétrons nos átomos são deslocados em direção à superfície da Terra. A partir disso, a superfície deve estar carregada negativamente, isso causa magnetismo. Mas experimentos com rotação do anel de até 35 mil rotações por minuto não confirmaram a hipótese - o magnetismo não apareceu no anel. Em 1947, P. Bleket (Inglaterra) sugeriu que a presença de um campo magnético em corpos em rotação é uma lei desconhecida da natureza. Blackett tentou estabelecer a dependência do campo magnético da velocidade de rotação do corpo. Naquela época, eram conhecidos dados sobre a velocidade de rotação e os campos magnéticos de três corpos celestes - a Terra, o Sol e a Anã Branca - a estrela E78 da constelação de Virgem. O campo magnético do corpo é caracterizado pelo seu momento magnético, a rotação do corpo - pelo momento angular (levando em consideração o tamanho e a massa do corpo). Há muito se sabe que os momentos magnéticos da Terra e do Sol estão relacionados entre si da mesma forma que seus momentos angulares. A estrela E78 observou esta proporcionalidade! Conseqüentemente, tornou-se óbvio que existe uma conexão direta entre a rotação dos corpos celestes e seu campo magnético.
Ficou-se com a impressão de que foi a rotação dos corpos que originou o campo magnético. Blacket tentou provar experimentalmente a existência da lei que propôs. Para o experimento foi confeccionado um cilindro dourado de 20 kg. Mas os experimentos mais sutis com o cilindro mencionado não produziram nada. O cilindro dourado não magnético não mostrou sinais de campo magnético. Agora os momentos magnético e angular foram estabelecidos para Júpiter, e também preliminares para Vênus. E novamente, os seus campos magnéticos, divididos pelo momento angular, estão próximos do número de Blacket. Depois de tal coincidência de coeficientes, é difícil atribuir o assunto ao acaso. E daí - a rotação da Terra excita um campo magnético, ou o campo magnético da Terra causa sua rotação? Por alguma razão, os cientistas sempre acreditaram que a rotação era inerente à Terra desde a sua formação. É assim? Ou talvez não! Uma analogia com a nossa experiência de “televisão” levanta a questão: é porque a Terra gira em torno do seu eixo que ela, como um grande íman, está num fluxo de partículas carregadas? O fluxo consiste principalmente em núcleos de hidrogênio (prótons), hélio (partículas alfa). Os elétrons não são observados no “vento solar”, provavelmente se formam em armadilhas magnéticas no momento das colisões de corpúsculos e são produzidos em cascatas nas zonas do campo magnético terrestre. Terra - eletroímã A ligação entre as propriedades magnéticas da Terra e o seu núcleo é agora bastante óbvia. Cálculos dos cientistas mostram que a Lua não tem núcleo fluido, portanto também não deveria ter campo magnético. Na verdade, medições utilizando foguetes espaciais mostraram que a Lua não possui um campo magnético apreciável ao seu redor. Dados interessantes foram obtidos como resultado de observações de correntes terrestres no Ártico e na Antártida. A intensidade das correntes elétricas terrestres é muito alta. É dezenas e centenas de vezes maior que a intensidade nas latitudes médias. Este fato indica que o influxo de elétrons dos anéis das armadilhas magnéticas terrestres entra intensamente na Terra através das calotas polares nas zonas dos pólos magnéticos, como em nosso experimento com a TV. No momento de aumento da atividade solar, as correntes elétricas terrestres também aumentam. Agora, provavelmente, pode-se considerar estabelecido que as correntes elétricas na Terra são causadas pelas correntes das massas do núcleo da Terra e pelo influxo de elétrons do espaço para a Terra, principalmente de seus anéis de radiação. Assim, as correntes elétricas causam o campo magnético da Terra, e o campo magnético da Terra, por sua vez, obviamente faz a nossa Terra girar. É fácil adivinhar que a velocidade de rotação da Terra dependerá da proporção de partículas carregadas negativa e positivamente capturadas de fora por seu campo magnético e também nascidas dentro do campo magnético da Terra. Autor: I.Kirilov
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