И тут появился изобретатель

Задача 27. Лед на проводах

Красивое зрелище — покрытые пушистым снегом провода линий электропередач. Но у электриков эта красота не вызывает восторга. Снег подтаивает, превращается в лед. Слой льда нарастает, провода растягиваются под его тяжестью и обрываются.

В одном северном районе работала электростанция, находящаяся в ста километрах от города. Зимой время от времени приходилось обогревать линию: подавали очень сильный ток, провода нагревались, лед подтаивал, падал. Пока обогревали линию, всех потребителей электростанции приходилось отключать. Стояла суровая зима, и начальник станции, опасаясь обледенения, приказал почаще отключать подачу энергии и обогревать линию. Останавливались заводы, гас свет в домах.

Посыпались жалобы, и начальник решил производить обогрев пореже. Провода стали рваться, город часто оставался без электроэнергии.

— Что же делать? — задумался начальник. — Техническое противоречие: часто греть линию — потребители то и дело будут оставаться без тока, редко греть линию — повысится опасность обледенения. Ну и ситуация…

И тут появился изобретатель.

— Раскрываем учебник физики для седьмого класса, — сказал он. — Достроим веполь и используем явление электромагнитной индукции…

Почему изобретатель упомянул о достройке веполя? Как использовать электромагнитную индукцию?

Даны провод (вещество) и электрический ток (поле). Льда на проводе не должно быть. Значит, у нас только одно вещество и поле. Чтобы достроить веполь, нужно ввести второе вещество. Это вещество под действием обычного электрического тока будет нагреваться и обогревать провод. В чем тут хитрость? Провод сделан из вещества с низким электрическим сопротивлением и не нагревается под действием идущего по нему тока. Сделать провод из металла с высоким сопротивлением нельзя — провод будет горячим, но потребители не получат энергию. Физическое противоречие: сопротивление провода должно быть большим и должно быть небольшим… Изобретатель предложил взять два вещества: провод остается обычным проводом, но через каждые пять метров на него надевают колечко из феррита — ферромагнитного вещества с высоким электрическим сопротивлением. Благодаря электромагнитной индукции в колечках возникает ток, колечки быстро нагреваются и предотвращают обледенение провода.

На это решение несколько лет назад выдано авторское свидетельство. Но задачу без особого труда решают десятиклассники, знающие основы вепольного анализа.

Казалось бы, с задачей все в порядке — получен хороший ответ. Однако ферритовые колечки нагревают линию круглый год. Представляете себе, сколько энергии расходуется напрасно? Даже зимой нет надобности нагревать всю линию, а только те участки, где температура ниже нуля. Возникает новая задача: как сделать, чтобы колечки сами включались при низкой температуре и выключались, если температура повышается?

Для решения этой задачи нужно знать, что ферритовые вещества остаются ферромагнитными только до определенной температуры, называемой точкой Кюри. У разных ферромагнитных веществ разная точка Кюри. Можно сделать колечки из вещества с точкой Кюри, скажем, около пяти градусов. Тогда колечки будут сами выключаться, если температура воздуха превысит пять градусов, и сами же будут включаться при температуре ниже пяти градусов.

Появление и исчезновение магнитных свойств при переходе через точку Кюри можно использовать и при решении других задач.

Запомните это интереснейшее физическое явление.