Хочу всё знать [1970] - Анатолий Томилин

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?

Сейчас в науке и технике всё большее применение находят редкие металлы, такие как тантал, титан, цирконий и другие. Сплавы, созданные на их основе, обладают очень нужными для промышленности и научных исследований свойствами. Например, титановые сплавы чрезвычайно тугоплавки. Но вот беда, изготовить их очень трудно. Сами редкие металлы плавятся при высоких температурах (более 2,5 тысячи градусов для молибдена и ещё на тысячу градусов выше для вольфрама). Вот и расплавь их! Для этого требуются специальные печи. Обладают они и ещё одним «нехорошим» свойством — чрезвычайной активностью. Попробуйте расплавить ниобий в тигле. К концу плавки его там и не останется, он химически соединится с материалом тигля, станет его частью. Чего только не пробовали учёные, какие огнеупорные вещества не использовали для изготовления тиглей, и всё напрасно. Правда, с помощью невероятных ухищрений учёным всё-таки удавалось получать нужные им материалы необходимой чистоты, но затраты на их производство были настолько велики, что даже мельчайшие их крупинки хранились в сейфах как настоящие драгоценности.

Как же быть, как сделать редкие металлы чистыми и дешёвыми? Очевидно, следовало проводить все операции так, чтобы металлы не соприкасались ни с чем, а следовательно, и не пачкались. Плавку требовалось проводить в пустоте. Вот здесь-то и помогло учёным парение металлов в переменном магнитном поле.

Кусочек металла помещается в специальной вакуумной камере между магнитами-индукторами. Здесь он и покоится всё время, пока индуктор подключён к высокочастотным генераторам. Но «подвесить» металл — это ещё полдела. То же самое магнитное поле, которое делает его невесомым, может и расплавить его. Увеличим частоту поля, и вот уже наш кусочек металла прямо на глазах начинает нагреваться. Через две-три минуты мы уже не можем смотреть на него без тёмных очков, так ослепительно сияет это маленькое солнце — его температура сейчас две-три тысячи градусов. Все примеси испаряются от этого нестерпимого жара. Плавка окончена; щелчок переключателя, и вскоре остывший металлический шарик чистейшего металла извлекается из установки.

— Скоро ни один исследователь новых материалов не сможет обойтись без установки для электромагнитной подвески и плавки, — говорит Александр Александрович Фогель. — Они станут такими же необходимыми приборами, как микроскопы. Недаром разработкой этой методики занимаются ведущие фирмы и университеты США, Канады, Австрии, ФРГ. За ней большое будущее.

И это действительно так. Ведь при помощи разработанной в Физико-техническом институте установки можно не только получать сверхчистые материалы, а и изучать их свойства в жидком состоянии, изучать взаимодействие с различными газами. Можно исследовать и такие важные вопросы, как смачивание материалов: ведь, меняя магнитное поле, можно капельку расплавленного металла очень осторожно, без удара, опустить на какую-нибудь подложку из исследуемого материала и проследить, как она растекается. В общем, у магнитного поля-металлурга работы хватает.

ИЗ ЗАПИСОК ЛЮБОЗНАТЕЛЬНОГО АРХИВАРИУСА

Однажды во время своего обучения в Геттингене Нильс Бор плохо подготовился к коллоквиуму. Его доклад был слабым, но Бор не растерялся и под конец с улыбкой сказал: