Техника - молодёжи 1989-11, страница 9

вспомнить три закона из школьного курса физики.

Закон Ома для постоянного тока — электродвижущая сила (ЭДС) Е равна произведению тока I на общее сопротивление контура R, то есть E=IR.

Закон электромагнитной индукции Фарадея — ЭДС равна скорости изменения магнитного потока Ф во времени t, то есть Е=—dO/dt. Применим этот закон к частному случаю нулевого сопротивления постоянному току в замкнутом сверхпроводящем витке. Если R=0, то по закону Ома и Е=0. Но тогда на основании закона Фарадея dO/dt= 0, то есть полный магнитный поток идеально проводящего замкнутого витка — постоянная величина. Это свойство (для понимания эффекта МПЯ оно ключевое!) часто называют замороженностью магнитного потока Воспользуемся тем, что графически его принято представлять в виде силовых линий. Тогда замороженность магнитного потока идеально проводящего витка будет эквивалентна постоянству общего числа силовых линий, сцепленных с ним.

И наконец, закон Ампера о магнитном взаимодействии токов, который гласит, что однонаправленные токи притягиваются, а противоположные — отталкиваются.

Итак, используем эти законы для доказательства эффекта МПЯ в случае двух соосных идеально проводящих колец разного диаметра (рис. 2). Рассмотрим три положения.

Пусть на расстоянии Li магнитный поток меньшего кольца равен 5 силовым линиям — допустим, при таком потокосцеплении его заморозили. Причем одна из линий (центральная) принадлежит полю большого кольца, а четыре создаются собственным током меньшего. Направления всех пяти линий одинаковы — токи обоих колец однонап-равленны. Значит, кольца по закону Ампера притягиваются.

Начнем постепенно сближать кольца. На расстоянии Lo плоскость меньшего пронизывают 5 силовых линий магнитного поля большего. Но по закону Фарадея общее число линий, принадлежащих меньшему кольцу, должно сохраниться. Мы видим, что все они создаются полем стороннего тока. Значит, собственный ток малого кольца должен исчезнуть, иначе силовых линий, пронизывающих его, окажется 9, и будет нарушено усло

вие замороженности потока. А если ток равен нулю, то и сила магнитного взаимодействия обоих колец на основе закона Ампера тоже равна нулю!

На расстоянии L₂ плоскость меньшего кольца пронизывают уже 7 силовых линий большего Однако по закону Фарадея у нашего замороженного потока их по прежнему должно быть 5. Это может выполниться только за счет двух «отрицательных» силовых линий' (показаны пунктиром), создаваемых собственным током меньшего кольца, то есть таких линий, направление которых противоположно линиям большего кольца. Так как направления силовых линий и тока связаны (вспомним правило буравчика'), ясно, что в меньшем кольце он потек в обратную сторону. Имен но за счет этого поменяет направление и магнитная сила взаимодей ствия колец!

Таким образом мы получили магнитную яму: при сближении колец магнитное притяжение, проходя через нуль, превратилось в магнитное отталкиванйе.

Кажется невероятным, что такой результат мог быть незамеченным! Ведь те исходные положения, на которые мы опирались, хорошо известны. Хорошо известна и поста новка задачи: как зависит от рас стояния сила магнитного взаимодействия соосных токовых колец. В ряде опытов уже анализировалось поведение тока идеально проводя шего витка и указывалось, что в неоднородном магнитном поле его величина изменяется. Можно было бы подчеркнуть слово «величина»: если бы кто-либо допустил, что, кроме нее, может изменяться и нап равление, то он мог бы найти МПЯ

Обнаружению эффекта, быть может, помешали не совсем «кра сивые» условия его существования. Согласно теории требуется, чтобы замороженные потоки были неодинаковы и не равны нулю. В работе канадских физиков Дэниэл-са и Мэтьюса потоки были неодинаковы, но для МПЯ их различие следовало сделать еще большим.

Удивительно простым оказался опыт О Чеборина по осуществ лению магнитной левитации на ос нове МПЯ В неохлажденном сосу де Дьюара под цилиндрическим магнитом располагались на подставке из оргстекла два ниобие-вых кольца (рис. 3). Затем они охлаждались жидким гелием, и

Рис. 3. Опыт О Чеборина Слева — начало опыта. Справа: подставка сдви нута вниз — кольца левитируют

подставка медленно опускалась. Ниобиевые кольца оказались во взвешенном состоянии. Их магнитная левитация отчетливо наблюдалась через непосеребренную полоску сосуда. Равновесие колец возмущалось вибрацией цилиндрического магнита и сторонним магнитом, который подносился к сосуду и удалялся от него При этом наблюдались сложные пространственные движения колец, которые после снятия возмущений постепенно прекращались, и система вновь приходила в равновесие.

Долгое время нам казалось, что эффект МПЯ относится лишь к статическому взаимодействию двух магнитных объектов, один из которых должен быть витком, лишенным омического сопротивления. Однако совсем недавно директор Института кибернетики им. В. М. Глушкова АН УССР, академик В. С. Михалевич высказал поначалу казавшуюся крамольной идею: а нельзя ли один из магнитов заменить на движущийся электрический заряд? Пусть в плоскости сверхпроводящего кольца (рис. 4) совершает орбитальное движение некий заряд. За счет его знака или направления скорости относительно тока в кольце можно добиться того, чтобы сила Лоренца притягивала заряд к оси кольца и таким образом удерживала его на орбите. Хорошо известно, что движущийся заряд создает собственное магнитное поле. С другой стороны, замороженный поток кольца со-

7