Номер 20.33, страница 100 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 20. Магнитные взаимодействия. Магнитное поле - номер 20.33, страница 100.

Условие.

20.33. В начале XIX столетия французский ученый Франсуа Араго выпустил книгу «Гром и молния». В этой книге содержится несколько любопытнейших записей. Вот одна из них: «В июле 1681 года корабль “Квик” был поражен молнией. Когда же наступила ночь, то оказалось по положению звезд, что из трех компасов... два, вместо того, чтобы, как и прежде, указывать на север, указывали на юг, прежний северный конец третьего компаса направлен был к западу...» Попробуйте объяснить описанное явление.

Решение.

Решение

Описанное в тексте явление связано с электромагнитным воздействием молнии на стрелки компасов. Объяснение можно разбить на несколько ключевых моментов:

1. Принцип работы компаса. Стрелка компаса — это, по сути, маленький постоянный магнит, который может свободно вращаться. В обычном состоянии она ориентируется вдоль силовых линий магнитного поля Земли, указывая своим северным полюсом на северный магнитный полюс Земли (который находится вблизи географического Северного полюса).

2. Физическая природа молнии. Молния представляет собой гигантский электрический разряд, то есть кратковременный, но очень мощный электрический ток, протекающий между облаком и землей (или кораблем в данном случае). Сила тока в разряде молнии может достигать сотен тысяч ампер.

3. Электромагнитное поле молнии. Согласно законам электродинамики, любой электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Чем сильнее ток, тем сильнее создаваемое им магнитное поле. Мощный ток молнии создает кратковременное, но чрезвычайно сильное магнитное поле в пространстве вокруг себя, в том числе и на палубе корабля, где находились компасы.

4. Перемагничивание стрелок. Стрелки компасов изготавливаются из ферромагнитных материалов (например, намагниченной стали). Такие материалы могут изменять свою намагниченность под действием сильного внешнего магнитного поля. Сильное магнитное поле, созданное ударом молнии, оказалось способным перемагнитить стрелки компасов.

Исходя из этого, можно объяснить поведение каждого из компасов:

- Два компаса, указывающие на юг. В месте расположения этих двух компасов магнитное поле молнии было направлено примерно параллельно стрелкам, но в противоположную сторону. Сила этого поля была достаточной, чтобы полностью изменить полярность магнитных стрелок: их северный полюс стал южным, а южный — северным. После такого перемагничивания бывший северный конец стрелки, став южным полюсом, начал притягиваться к северному магнитному полюсу Земли, а новый северный полюс (бывший южный конец) стал указывать на юг. Таким образом, стрелки развернулись на 180 градусов.

- Третий компас, указывающий на запад. Этот компас, вероятно, находился в другой точке корабля, где магнитное поле молнии имело иное направление и/или величину. Поле воздействовало на стрелку не вдоль ее оси, а под углом. В результате вектор намагниченности стрелки изменил свое направление не на противоположное, а на некоторое промежуточное. Новый магнитный полюс стрелки оказался смещен относительно ее физической оси. Когда такая перемагниченная стрелка ориентируется в слабом магнитном поле Земли, она разворачивается так, чтобы ее новая магнитная ось совпала с направлением север-юг. Это привело к тому, что ее физический конец, который раньше указывал на север, теперь стал смотреть на запад.

Таким образом, разное поведение компасов объясняется различной конфигурацией (направлением и силой) магнитного поля молнии в точках их расположения.

Ответ: Описанное явление объясняется перемагничиванием стрелок компасов под действием мощного, но кратковременного магнитного поля, созданного ударом молнии. В случае двух компасов произошло полное обращение их магнитных полюсов (перемагничивание на 180°), из-за чего они стали указывать на юг. В случае третьего компаса его стрелка была перемагничена под углом к своей оси, что привело к изменению ее ориентации в магнитном поле Земли и заставило ее бывший северный конец указывать на запад.