Юный техник 1968-03, страница 39

перь увеличивай, не увеличивай ток в обмотке, магнитное поле в зазоре расти не будет. В самых совершенных электромагнитах это происходит при полях в 25—30 тысяч гаусс. (Магнитные поля соленоида показаны на рис. А, Б, В, Г).

При получении более сильных полей железный сердечник становится помехой: он занимает место внутри соленоида, где создается наиболее сильное поле, увеличивает вес и стоимость магнита. Остается один выход: надо увеличить ток в обмотке. И вот здесь возникают осложнения, порой непреодолимые.

Попробуем построить магнит с полем в 100 000 гаусс. Это всего в три раза больше того, что дают лучшие магниты с железным сердечником. Пропустим по обмотке соленоида, состоящей из 10 витков, ток силой около 20000 ампер. Это немало — у бытовых электроприборов сила тока не превышает нескольких ампер.

Большой ток — большая мощность. Она выделяется в обмотке соленоида в виде тепла. Его, конечно, надо отвести, иначе обмотка расплавится. И вот первая проблема — охладить металл. Чтобы наш магнит работал, нужно каждую секунду отбирать у него 100 000 калорий. Таким количеством тепла можно вскипятить около 100 литров воды за 2 минуты1 Выходит, что необходимо омывать обмотки нашего магнита сотнями литров воды в минуту.

Но предположим, что технические трудности позади: охлаждение обеспечено, нам удается пропускать через обмотки магнита целые реки Мощность электростанции велика — можно увеличивать магнитное поле. Но не будем спешить... На любой провод с током, находящийся в магнитном поле, действует определенная сила. Она возрастает с увеличением тока, текущего по проводнику, и при увеличении напряженности магнитного поля. Наш магнит не исключение. Каждый виток его обмотки находится в поле других витков, и на него действуют силы, которые стремятся увеличить радиус витка — растянуть соленоид. Кроме того, на торцы соленоида действуют сжимающие силы, они способствуют уменьшению его длины (см. рис.). Эти силы быстро растут с увеличением тока и напряженности магнитного поля. При полях около 250 000 гаусс они достигают величины 20— 25 кг на мм². Это превышает предел прочности материала — металл обмоток начинает течь. Можно, конечно, сделать обмотку более прочной, например из стали. Но тут опять — проблема охлаждения. Сопротивление стальной обмотки во много раз больше, чем медной, и тепла в ней, разумеется, будет выделяться во много раз больше. Практически для обмотки нашего магнита не подберешь материала лучше меди.

Магниты с полем в 150—250 тысяч гаусс сооружены в нескольких лабораториях Советского Союза и за рубежом.

Можно получить и более сильные магнитные поля, правда, на короткий срок. Ток пропускают через соленоид короткими импульсами например, разрядив батарею конденсаторов. За время импульса обмотка не успевает нагреться до опасной температуры, а силы инерции спасают ее от разрушения. Магнит остыл, можно подавать следующий импульс и т. д.

Таким способом академик П. JI. Капица еще в 1924 году получил магнитное поле в 500 ООО гаусс. Оно существовало всего тысячные доли секунды. Рекорд П. Д. Капицы никто не мог превзойти более 30 лет. Лишь в 1956 году американские физики получили тем же ме

37