Возьмём металлическое кольцо и пропустим через него переменный электрический ток. Так как электрическое и магнитное поля связаны между собой и одно не может существовать без другого, то вокруг кольца сразу же появится магнитное поле. Теперь если мы поместим в это магнитное поле какой-либо металлический предмет, то в нём сразу же возникнет (индуцируется) электрический ток и магнитное поле. Оказывается, можно подобрать поля так, чтобы кольцо и внесённый в поле металлический предмет отталкивались друг от друга.
Такое отталкивание впервые получил в конце прошлого века изобретатель Элиу Томпсон. В катушку металлического провода он вставил сердечник — пучок железных проволочек, а на сердечник надел алюминиевое кольцо. Вот и всё. Теперь только стоило включить катушку в электрическую сеть, как кольцо мгновенно подскакивало и спрыгивало с сердечника.
До такого же простого устройства додумался и монтёр из Бельгии Башле. Работая с трансформаторами, он заметил, что алюминиевые предметы отталкиваются от них. Свой прибор Башле назвал «облегчающей электромагнитной катушкой». Хотя он не имел технического образования и не понимал физической сущности протекающих в устройстве процессов, но, будучи человеком практического ума, стал размышлять: к чему бы его применить? И скоро додумался: создать особый вид транспорта — железную дорогу без трения. По его мнению, эта дорога должна была выглядеть так: ряд металлических колонн-сердечников с укреплёнными на них катушками. Вагон, имеющий вид торпеды, изготовляется из алюминия. При выключенном токе он лежит на катушках, а при включении катушек в электрическую сеть повисает над ними. Перемещался бы вагончик при помощи бегущего электрического поля.
20 лет Башле работал над осуществлением своей идеи. И вот в 1910 году модель дороги была построена. Она демонстрировалась в Лондоне и произвела там фурор. Корреспонденты называли её «чудом XX века», о ней писали все газеты мира. И не удивительно, вагон весом в 50 килограммов развивал поистине фантастическую по тем временам скорость: до 50 километров в час. Были у этой дороги, конечно, и свои недостатки. Она потребляла много энергии, вагон, по причине, о которой мы расскажем ниже, разогревался, не обеспечивалась безопасность движения. Однако Башле не унывал. Он считал, что все эти недостатки можно преодолеть. Но началась первая мировая война, до новой дороги никому не было дела. О ней забыли.
На ином принципе работала дорога без трения, созданная в 1911—1913 годах в физической лаборатории Томского технологического института Б. П. Вейнбергом. Если Башле в своём проекте использовал отталкивание металлов от магнита, то наш соотечественник заставил работать притяжение. Железный вагон в опытах Вейнберга двигался в медной трубке, вдоль которой на некотором расстоянии друг от друга располагались электромагниты. Их сила была рассчитана так, что уравновешивала вес мчащегося в трубке вагона, и он всё время оставался между её «потолком» и «полом».
Но и эти эксперименты не привели к созданию дороги без машинистов и кондукторов. Однако небольшие её модели всё же были изготовлены. Одна из них до сих пор применяется на московском почтамте для транспортировки грузов.
Пока одни изобретатели пытались «подвесить» в магнитном поле вагончики безрельсовых дорог, другие старались заставить работать магнит в технических центрифугах, предназначенных для сушки материалов, разделения смесей на составляющие их элементы, для исследования материалов на прочность и ещё для многих, многих целей.
Допустим, нам надо высушить бельё. Загрузим его в барабан из сетки и начнём вращать барабан с большой скоростью. Под действием центробежных сил капельки воды через отверстия в сетке будут вылеётать с поверхности мокрого белья, и оно высохнет. Так же можно разделять и смеси. Если одно вещество смеси тяжелее другого, то оно быстрее осядет на стенку барабана (в этом случае она, конечно, сплошная), и его можно будет собрать. Все эти операции совершаются тем лучше, чем больше скорость центрифуг. Однако увеличить её мешало трение. Вот тогда-то и вспомнили о магнитной подвеске. А что, если заставить барабан центрифуги парить в воздухе? Но ведь и воздух тоже оказывает трение, хоть и маленькое. Значит, надо подвеску барабана производить в вакууме.
В 1937 году американец Холмс впервые воплотил эти идеи в жизнь, а уже через два года Франтишек Эйнгорн в Чехословакии довёл скорость вращения ротора центрифуги до 6 000 000 оборотов в минуту! Скорость частиц на поверхности его барабана достигала 9420 метров в секунду. Это на полторы тысячи метров в секунду больше первой космической скорости! И это не было пределом. Вскоре доктор Бимс из США довёл скорость своей «карусели» до 50 000 000 оборотов в минуту.
Но оставим это соревнование в скорости и посмотрим, где ещё может работать магнитное поле.
Уже давно было замечено, что кусок металла, помещённый в переменное магнитное поле, нагревается. (Именно поэтому и становился горячим вагон дороги, созданной Башле.) И чем выше частота поля, тем больше этот разогрев.
Помню, в детстве меня поразил в цирке такой фокус. На манеже был поставлен электрохолодильник. Вышел фокусник со сковородой и несколькими куриными яйцами. Держа сковородку над холодильником, он довольно быстро приготовил яичницу и с большим аппетитом съел её на глазах у зрителей. Не знаю, нравилось ли ему каждый день поедать яичницу, но зрителям этот фокус нравился. Тогда я был очень удивлён: как это можно на холодильнике жарить? И лишь позднее, прочитав учебник физики, убедился, что ничего таинственного или сложного здесь нет. Просто у фокусника в кожухе от холодильника был спрятан электромагнит. А если частоту переменного магнитного поля сделать довольно высокой, то выделяющегося тепла окажется вполне достаточно не только для того, чтобы поджарить яичницу, но и расплавить саму внесённую в поле сковородку. Стало мне понятно и то, почему фокусник с таким трудом удерживал, казалось бы небольшую и лёгкую, сковороду: её отталкивало от мнимого холодильника сильное магнитное поле.
Но не подумайте, что электромагнитное поле высокой частоты способно только показывать фокусы. Чтобы убедиться в этом, совершим экскурсию в ордена Ленина физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе Академии наук СССР, в лабораторию, которой уже много лет руководит Александр Александрович Фогель. Ваше внимание наверняка привлечёт постоянный магнитик, стоящий у него на столе. В поле этого магнитика висит крупинка графита; она мала, не больше спичечной головки, но это только начало удивительной выставки. В следующем приборчике два магнитных брусочка расположены между стоек так, что их одноимённые полюсы расположены друг над другом. Верхний брусок неподвижно висит над нижним, и если нажать на него пальцем, то можно почувствовать, как сильно сопротивляется магнитное поле, — кажется, что между брусками находится невидимая пружина. В таких условиях мог бы висеть и легендарный гроб Магомета.
И, наконец, вам покажут основной прибор: два медных кольца, расположенных одно над другим. Их диаметр не более десяти сантиметров. К кольцам подведён электрический ток. Здесь же лежат тяжёлые металлические шары. Возьмём один из них (только осторожно, не уроните его себе на ногу) и попробуем просунуть через верхнее кольцо, Оказывается, это не так-то просто сделать. Магнитное поле, точно тугая сетка, натянутая в кольце, не пускает шар. Но вот с огромным усилием вам всё же удаётся просунуть его через кольцо. Теперь не бойтесь, отпускайте руку, шар будет спокойно висеть в пространстве между кольцами — «индукторами», как их называют в научной литературе, — ему не даст упасть магнитное поле нижнего кольца. Форма индукторов подбирается так, чтобы магнитное поле не только поддерживало шар, но и не давало уходить ему в сторону. Создаётся нечто вроде гамака, в котором и покоится металлический шар.
А зачем нужно это устройство, неужели просто так, чтобы поразить воображение посетителей?
