Физика без формул

Последствия наших размышлений, которые мы здесь провели вслед за известными учеными, поистине грандиозны. Именно они привели к той революции, что произошла в прошлом веке после блестящих открытий в области электромагнетизма. А началось все с небольшой брошюрки, написанной известным датским ученым Эрстедом. В ней он впервые сообщил о действии на магнитную стрелку тока, текущего по проволоке.

Без постоянных магнитов

Попробуйте провести такой опыт. Сделайте из толстой проволоки кольцо, а к его незамкнутым концам прикрутите длинные тонкие проводки в изолирующей оболочке. Эти проводки употребляют в телефонных кабелях. Если теперь свободные концы проводка подсоединить к полюсам электрической батареи, а кольцо подвесить за них так, чтобы оно могло вращаться, то мы заметим следующее. Поднося к кольцу, по которому течет электрический ток, магнит или стрелку компаса, мы заставим кольцо крутиться, а стрелку — поворачиваться. Ну прямо, как действие друг на друга двух обычных магнитов.

Немудрено, ведь теперь колечко — тоже магнит, хотя и электрический. С его помощью, как магнитной стрелкой, можно обнаруживать и исследовать другие поля. Или наблюдать его взаимодействие с такими же колечками и катушками с током. То есть при изучении магнетизма можно вообще обойтись без постоянных магнитов, а работать только с токами.

Знаменитый французский физик Андре Ампер изучал взаимодействие электрических токов и вывел для него свой закон. Он также установил, что параллельные проводники с токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположном — отталкиваются.

Появление магнитного поля вокруг проводников с током показалось Амперу настолько естественным, что он задумался о подобной же природе магнетизма у постоянных магнитов. Его гипотеза о том, что магнетизм, скажем, железного стержня порождается внутри него крохотными вихревыми токами, блестяще подтвердилась спустя много десятков лет.

Когда запищала «морзянка»?

Давно мечтал человек, чтобы какое-нибудь важное его сообщение было как можно быстрее доставлено адресату. Когда-то эту роль выполняли пешие гонцы, затем письменные послания передавали всадники. Появилась почта — целая система разветвленной связи, где скорость передачи сообщений определялась возможностями транспорта. Но мысль об ускорении этой связи не давала покоя.

Если вы читали роман Александра Дюма «Граф Монте-Кристо», то, возможно, обратили в нем внимание на механический телеграф. В чем-то по принципу своего действия он похож на передачу сигналов флажками с корабля на корабль. Это как разговор глухонемых. Такие способы действуют лишь в пределах прямой видимости. Как же передавать сигналы быстро и на большое расстояние?

Применение электромагнита произвело в средствах связи настоящую революцию. В тридцатых годах прошлого века был придуман первый телеграфный аппарат. Американский изобретатель Сэмюэл Морзе создал своеобразную азбуку, названную его именем. Теперь телеграфист, нажимая на ключ, замыкал и размыкал электрическую цепь, на конце которой приводился в действие электромагнит. К включенному магниту притягивался рычаг, своим концом ударяющий по движущейся бумажной ленте. В зависимости от длительности сигнала на ленте выстукивались короткие и длинные черточки-точки и тире. Комбинации этих знаков представляли собой буквы и знаки препинания. Значит, стало возможным передавать по проводам тексты с невероятно большой скоростью — с какой бежит по ним электрический сигнал — и на сколь угодно большие расстояния. Ну, на сколько проводов хватит.

Телеграфная связь, словно паутина, оплела всю Землю. Миллионы километров проводов были подвешены на столбах или проложены под землей, по дну рек и даже океанов — между континентами.

«У меня зазвонил телефон…»

А можно ли передать на расстояние голос? Давайте подумаем, ведь в телеграфном аппарате электрический сигнал возникает под давлением пальца на ключ. А нельзя ли давлением голоса производить такие замыкания или размыкания цепи? Чтобы реализовать эту идею, понадобилось пройти от изобретения телеграфа целым сорока годам.

Телефон, а именно так стал называться новый аппарат, в принципе представляет собой небольшой преобразователь энергии нашего голоса в электрическую и обратно. Когда мы говорим, вибрируют наши голосовые связки. Эта вибрация передается через воздух и улавливается металлическим диском-мембраной в микрофоне. Мембрана, колеблясь под влиянием голоса, давит на проводящий порошок под ней и меняет его электрическое сопротивление. Значит, в проводах, подключенных к порошку, электрический ток станет меняться в такт с колебаниями голоса. Если на конце линии установить электромагнит, то проходящий через него меняющийся ток заставит «пульсировать» в нем магнитное поле. Укрепленная рядом стальная мембранка так же «запляшет», подчиняясь магниту, и начнет издавать звуки, воспроизводящие наш голос.