Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

Что могли физики противопоставить природе? Только очень точный учет и полное

использование природных свойств материалов. И вот появляются магниты с короткими

коническими полюсами, массивными стальными магнитопроводами и громадными

катушками.

Масса магнитов быстро увеличивается — теперь в большей степени за счет катушек.

Если в 1881 г. самый большой в мире лабораторный магнит весил около 1 т, то в

1930 г. — уже около 120 т.

Первым отметку "5 Тл" пересек в 1903 г. магнит профессора Грея в Глазго. Ему

удалось это сделать, применив мощные катушки, близко придвинутые к коническим

полюсам.

Интересная идея была высказана французским ученым Перро в 1914 г.: он предложил

кроме двух обычных катушек, расположенных на полюсах, использовать третью,

охватывающую собой рабочую зону машин. Индукция магнитного поля магнита Перро

достигла 5,1 Тл. К 1914 г. профессор Беккерель (младший) в Парижском музее

естественной истории создал магнит, индукция магнитного поля которого возросла

до 5,5 Тл, три других самых мощных магнита того времени — Вейсса в Цюрихе,

Кайзера в Бонне и Эймса в США — работали на уровне 4,5 Тл.

Следует отметить, что создание Беккерелем магнита с индукцией поля 5,5 Тл, было

воспринято физиками всего мира как большая сенсация. "Гигантский", "мощнейший",

— писали об этом электромагните газеты. Увеличение индукции магнитного поля лишь

на 10 % стоило многих трудов и ухищрений. Однако самое главное заключалось в том,

что для изготовления полюсов магнита был использован новый материал — сплав

железа с кобальтом, который насыщается при индукции на несколько процентов

большей, чем ранее применяемые материалы. Потребляя мощность 22 кВт,

электромагнит в междуполюсном промежутке создавал поле, магнитная индукция

которого составляла 5,5 Тл. При замене феррокобальтовых наконечников железными

индукция полей снижалась до 5,2 Тл.

Если расстояние между полюсами было 2 мм и полезный объем 14 мм3 (т. е. объем, в

который можно было поместить лишь небольшой образец), то индукция магнитного

поля достигла 5,9 Тл. Когда полезный объем был уменьшен до 0,5 мм3 (полюсы, по

сути дела, соприкасались), индукция поля возросла до 6,5 Тл. Обмотка

электромагнита состояла из тысячи витков медной трубки, по сечению которой шел

ток, а по полости — охлаждающая вода. Магнит охлаждался так хорошо, что мог

работать круглые сутки. Другие магниты, не имевшие искусственного охлаждения, не

могли вследствие сильного нагрева работать подряд более 2 ч.

Беккерель хотел при помощи этого магнита уточнить некоторые неясности теории

эффекта Зеемана. "Хорошо известно", — говорил Беккерель, — что в этом явлении

есть еще кое-что непонятное — это "кое-что" вызвано недостатком зоркости наших

инструментов" С помощью нового мощного магнита Беккерель хотел повысить эту

"зоркость", сделать более отчетливыми неясные места теории.

Все физики могли видеть, с каким трудом были получены дополнительные 0,5 Тл, тем

не менее некоторые из них полагали, что весь вопрос заключается в стоимости и

размерах магнита. Сделать магнит колоссальным, вложить в него массу денег — и

можно получить сколь угодно большое магнитное поле.

Надежду на то, что электромагнит гораздо большей мощности, возможно в 100 Тл,

будет построен в ближайшие годы, выразили на Международном конгрессе электриков

в 1914 г. директор международного бюро мер и весов Гийом и профессор физики в

Сорбонне Перрен. Они полагали, что по стоимости электромагнит будет равен

мощному дредноуту (12…14 млн. дол.) и потребует для создания нескольких лет.

Однако даже такой ценой не удалось бы повысить индукцию поля электромагнитов до

100 Тл или, что то же самое в единицах другой системы измерений (СГС) — до 1

млн. Гс. Даже сейчас такое стационарное поле — недостижимая мечта физиков. И

виновно в этом не в последнюю очередь насыщение.

В 30-е годы в Белль-Ви, близ Парижа, вступил в строй самый большой из всех

построенных ранее лабораторных магнитов. Этот магнит был создан Французской

академией наук для изучения магнетизма. Кроме огромной массы он имел полюсные

наконечники из особого сплава — пермендюра, обладающего несколько большей

индукцией насыщения, чем сталь. Это позволило достичь большого поля. Но и оно

составляло лишь 5,2 Тл при произведении силы тока на количество витков, равном

500 тыс. А. Длина магнита 630 см, высота 275 см, масса 120 т.

В 1934 г. в университете шведского города Упсала вступил в строй новый мощный

магнит. Он отличался от французского тем, что полюсы его имели значительно

большую конусность, а катушки и сам полюс меньшую высоту. Этот электромагнит,

рассчитанный Дрейфусом, оказался гораздо эффективней французского. Он весил

всего лишь 30 т, но с его помощью при том же объеме можно было получить поле

примерно 5,8 Тл. В этом магните полюсы притягивались с силой более 60 т.

С тех пор было построено много мощных электромагнитов, но парижский и упсальский

до сего времени остаются рекордсменами — первый по массе, второй — по

эффективности.

Сейчас почти в каждой физической лаборатории имеется электромагнит: магниты