Как устроен компас?

Геолог Роман Веселовский о том, куда на самом деле указывает компаc и что произойдет, если магнитные полюсы Земли поменяются местами

Обычный туристический компас внешне похож на наручные часы. У него прочный металлический или, реже, пластиковый корпус, который обязательно сделан из немагнитного сплава, иначе компас не будет работать правильно. Верхняя часть компаса закрыта прозрачной стеклянной крышкой, а внутри располагается лимб с указаниями сторон света и делениями от 0 до 359 градусов, а также магнитная стрелка. Чаще всего она лежит на острие иглы, что дает возможность ей свободно вращаться в горизонтальной плоскости.

Магнитное поле — это невидимое поле, действующее на движущиеся электрические заряды или на тела, обладающие магнитным моментом. У магнита всегда два полюса — северный и южный. Любой магнит обладает замкнутыми линиями магнитного поля, так называемыми силовыми линиями. Их конфигурация такова, что они входят в магнит в его южном полюсе, а выходят из северного. Если магнит разделить на две части, получится два магнита. Получить один магнитный полюс невозможно: такова физика магнетизма.

Стрелка компаса — это тоже магнит. Согласно известному со школьной скамьи правилу магнетизма, разноименные магнитные полюсы притягиваются друг к другу. Чаще всего тот конец стрелки компаса, который притягивается к северному магнитному полюсу Земли, окрашен в синий цвет, а тот, что к южному, — в красный цвет. Однако бывают компасы, в которых стрелки окрашены в черный и белый цвет. Если к вам в руки попал незнакомый компас и у вас нет уверенности, куда показывает тот или иной конец его магнитной стрелки, лучше всего проверить это по солнцу, звездам или другим ориентирам или признакам расположения сторон света, в которых вы уверены.

Мы привыкли к тому, что на географическом севере находится северный магнитный полюс и на него указывает синяя стрелка компаса. Однако это не совсем так. Из физики магнетизма нам известно, что силовые линии магнитного поля входят в южный полюс магнита, а выходят из северного. Если вы посмотрите на картину силовых линий магнитного поля Земли, то увидите, что они входят в Землю в районе северного географического полюса у канадских берегов Северного Ледовитого океана, а выходят в районе южного географического полюса в Антарктиде. Значит, с точки зрения физики у Земли на севере расположен южный магнитный полюс, а на юге — северный. Такие полюсы называются «истинными». Однако, вопреки законам физики, люди договорились, что для простоты будут называть тот магнитный полюс, который находится на севере, северным, а тот магнитный полюс, что на юге, — южным. Такие магнитные полюсы Земли называются «мнимыми».

Обычно изготовителю выгоднее сделать два вида компасов: один для Северного полушария, другой — для Южного. Поэтому при покупке компаса всегда обращайте внимание на его характеристики: там должно быть указано, для какого полушария оптимизирован этот компас. Или просто посмотрите на стрелку: если на южной (красной) стрелке есть капелька краски или несколько витков медной проволоки, значит, компас предназначен для работы в Северном полушарии. Некоторые производители компасов добавляют буквы NH(SH) в названия компасов, которые являются сокращениями от Northern hemisphere (Северное полушарие) и Southern hemisphere (Южное полушарие).

На Земле есть места, где магнитное поле искажено и магнитная стрелка не будет показывать на магнитные полюсы. Такие места называются магнитными аномалиями. Естественные магнитные аномалии могут быть вызваны намагниченностью горных пород или механизмом генерации магнитного поля Земли — геодинамо. Но магнитный компас не будет правильно работать также вблизи линий электропередач, трубопроводов, железобетонных конструкций, в метро, в машине, поскольку в этих местах относительно слабое магнитное поле Земли будет искажено воздействием гораздо более сильных магнитных и электромагнитных полей, создаваемых проводами с током или металлическими конструкциями.

Если магнитное поле Земли испытает инверсию, то есть северный и южный магнитные полюсы поменяются местами, то и магнитная стрелка компаса повернется на 180 градусов. В этом случае синяя стрелка будет показывать на юг, а красная — на север. Наверное, тогда наши потомки перекрасят стрелки компасов или перемагнитят их. В приполярных областях, примерно в 200–300 километрах от положения магнитного полюса, использование магнитного компаса для определения сторон света становится практически невозможным. Это происходит из-за того, что силовые линии там практически вертикальны, поэтому стрелка компаса будет пытаться сориентироваться параллельно им — вертикально. Однако этого не произойдет, поскольку все компасы сконструированы так, что ими можно пользоваться только в горизонтальном положении. Показания компаса на магнитном полюсе будут зависеть от того, каким способом закреплена в нем магнитная стрелка: свободно лежит на игле или плавает в жидкости. В первом случае стрелка перекосится и не будет двигаться вообще. Во втором случае стрелка будет устанавливаться в любое произвольное положение, поскольку ориентирующая ее горизонтальная составляющая магнитного поля будет равна нулю.

Сделать компас можно из подручных средств. Самый простой и безопасный вариант — намагнитить швейную иголку или булавку, интенсивно проведя над ней несколько раз магнитом. Потом надеть на концы иголки маленькие кусочки пробки или пенопласта и опустить в воду — иголка сориентируется по сторонам света. Определить, какой конец иголки указывает на север, можно с помощью магнита, полярность которого известна, используя уже упомянутое правило: одноименные концы отталкиваются, разноименные — притягиваются. Также в Сети есть «рецепты», в которых гвоздь обматывается проводом, по которому пропускается постоянный ток от батарейки 1,5 В. В результате гвоздь намагничивается, однако нужно соблюдать осторожность и понимать физику процесса, иначе эксперимент может оказаться небезопасным.

Кстати, если закрепить стрелку компаса на горизонтальной оси и дать ей возможность вращаться в вертикальной плоскости, то мы получим прибор, который называется инклинометр. Именно таким прибором определяют магнитные полюсы Земли: магнитная стрелка в месте положения полюса должна быть строго вертикальна.

Источник: postnauka.ru