Сам себе генератор
Сам себе генератор
Теория Ампера отнюдь не вызвала единодушного признания у современников. Большинству из них трудно было представить себе магнетизм без привычного носителя — магнитной жидкости. А уж предполагать наличие электрического тока внутри Земли — это увольте…
Правда, кое-кто из исследователей-экспериментаторов пытался закапывать металлические пластины глубоко в землю и соединять их друг с другом проволокой через гальванометр. При этом бывало, что прибор даже показывал ток. Но какой? Он был ничтожен по величине и каждый раз менялся по направлению. Может быть, положение улучшится, если предположить, что земной шар заряжают молнии? Но и тут расчеты показывали, что грозы не в состоянии поддержать магнитное поле Земли. Его источник следовало искать в недрах и только в недрах.
Прибавление
Молния, молния… Но ведь молния — это не что иное, как огромная электрическая искра…
7 сентября 1753 года в здании Санкт-Петербургской императорской Академии господин профессор Франц Ульрих Теодор Эпинус прочел на конференции трактат: «О сходстве электрической силы с магнитною».
Дальше оставалось только доказать и подтвердить на опытах связь электричества с магнетизмом. Только… Но это-то «только» и не удавалось никому из физиков. Правда, английский химик Гемфри Дэви, соорудив гигантский вольтов столб, состоящий из двух тысяч пар пластин, и получив электрическую дугу, обнаружил, что пламя дуги отклоняется магнитом. Но это было не совсем то… Пламя…
Уже были найдены многие связи между электричеством и светом, между электричеством и звуком, даже между электричеством и теплом. А вот связать электричество с магнетизмом никак не удавалось. Так продолжалось до 15 февраля 1820 года.
В начале нового, XX столетия возникла идея о самонамагничивании Земли. Именно тогда из опытов английского ученого Эрнеста Резерфорда стало известно новое строение атомов. Электроны как волчки крутились вокруг своих осей и облетали атомное ядро, подобно планетам Солнечной системы. А что, если попробовать проделать такой мысленный эксперимент: взять металлический стержень и начать его быстро вращать вокруг оси. Тогда, согласно законам механики, все волчки-электроны должны немедленно повернуться своими осями в одну сторону. И стержень окажется намагниченным.
В 1919 году американский физик Барнетт проделал описанный опыт и простым вращением намагнитил железный стержень. Казалось, все доказано. Разве это не подходящая модель для Земли? С ее-то запасами магнитных металлов внутри?
Увы, и эта модель не выдержала проверки. Зная скорость вращения планеты и распределение в ней магнитных материалов, геофизики сосчитали, что поле должно быть в десять миллиардов раз меньше имеющегося. Опять неудача!
Неожиданный выход предложил американский физик Эльзассер. А не намагничивается ли земной шар электрическими токами, которые текут в его жидком металлическом ядре? Эльзассер считал, что природа «устроила» идеальные условия для возникновения электродвижущей силы в земном ядре. Температура там, в зависимости от глубины, может быть разной. Различны могут быть и контакты между металлами. Вот вам и причины для возникновения термотоков. Ведь что это такое по сути дела? Это токи, которые возникают именно при контактах разнородных металлов, находящихся при различных температурах. В конце концов струи расплавленного металла и токи в них должны создать могучие потоки, охватывающие земную ось, и породить мощное магнитное поле.
Но как раз на этом этапе рассуждения в стройную гипотезу вмешивались скептики.
Они предлагали подтвердить выводы расчетами.
Для этого следовало в точности знать движение жидкой оболочки ядра, его состав и сопротивление… В общем, гипотеза Эльзассера носила лишь качественный характер, не поддаваясь никаким расчетам. Правда, зря она не пропала. Новый подход к решению проблемы предложил советский физик Я. И. Френкель. К тому времени почти все геофизики соглашались с тем, что внешняя оболочка ядра, так же как и само ядро, обладает отличной электропроводностью. Поэтому движение жидкости внешнего слоя и несовпадающее с ним вращение внутренней части ядра должны напоминать движение проводника в магнитном поле, как это происходит в обыкновенной динамо-машине. Я напомню принцип работы электрического генератора.
Прежде всего любой генератор состоит из двух главных частей: неподвижного — статора и подвижного — ротора. Магниты статора создают начальное магнитное поле. Когда витки провода, намотанного на ротор, пересекают силовые линии магнитного поля, в проводе появляется небольшой электрический ток. Он создает свое магнитное поле, которое усиливает поле статора. А усилившееся поле, в свою очередь, увеличивает ток ротора. С каждым оборотом, как лавина, скатывающаяся с горы, магнитное поле генератора нарастает, пока не достигнет своего заданного и заранее рассчитанного инженерами значения. С этого момента генератор включается в нормальный режим.
А не так ли работает и ядро Земли? Ведь слабое изначальное магнитное поле наша планета может себе создать хотя бы за счет вращения. А дальше это поле уже усиливается по принципу динамо-машины.
Это предположение получило название «динамотеории» и в дальнейшем разрабатывалось и уточнялось многими исследователями. Ее результаты сравнивались с результатами опытов. Сегодня, пожалуй, можно сказать, что динамотеория не единственно возможная гипотеза, но по уровню современных знаний о внутреннем строении Земли она вполне удачна.
В наши дни геомагнитные исследования приобрели невиданный размах. За последние десять — пятнадцать лет ученые накопили столько сведений, сколько не могли собрать за все прошедшее время. И нет сомнения, что ответ на вопрос «Почему Земля — магнит?» теперь уже не за горами.
