IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

  Аннотация.

В данной работе рассмотрен принцип размагничивания, впервые используемый для размагничивания кораблей в годы Великой Отечественной войны. Для раскрытия сути рассматриваемого принципа подобран теоретический материал, объясняющий его с физической точки зрения, а также подобрано оборудование для его экспериментальной проверки. Имеются фотографии иллюстрирующие ход проведенной демонстрации.

В работе детально обоснован выбор темы работы. Даны диаграммы опросов, на основе которых сделан вывод об актуальности, рисунки, позволяющие сделать рассматриваемый материал более наглядным, графическая интерпретация принципа размагничивания. Подробно изложена история развития принципа размагничивания кораблей, показана значимость данного принципа в годы Великой Отечественной войны и в настоящее время. 

Работа «Экспериментальная проверка принципа размагничивания кораблей, используемого в годы ВОВ» доказывает, что у нас есть научные достижения, о которых нужно знать и гордиться ими. Она  частично может быть использована при изучении темы «Магнитное поле». Работа представляет интерес, как для физики, так и для истории.

Содержание:

1. Введение.

2. Основная часть.

2.1. Актуальность работы.

2.2. История развития теории размагничивания кораблей.

2.3. Принцип размагничивания кораблей.

2.4. Применения принципа размагничивания кораблей в годы ВОВ.

2.5. Экспериментальная проверка принципа размагничивания кораблей.

2.6. Применение размагничивания в настоящее время.

3. Заключение.

4. Список используемой литературы.

1. Введение.

Из повседневной жизни известно, что стальные предметы (швейные иглы, отвертки и т.д.) легко намагничиваются. Аналогично намагничиваются и крупные объекты, например, морские военные корабли.

Во Второй Мировой войне широко использовались мины магнитного действия. Уже в первые дни Великой Отечественной войны наш флот понес большие потери в технике и в людях. Поэтому идея размагничивания кораблей стала спасением для тысячи человеческих жизней.

В настоящее время этот принцип широко используется в судостроении. Спустя десятки лет принцип размагничивания кораблей применяется в науке и технике.

Целями и задачами работы являются:

1. Рассмотреть историческое развитие теории размагничивания кораблей.
2. Показать значимость данного принципа в годы Великой Отечественной войны и в настоящее время.
3. Показать уровень развития науки в период ВОВ.
4. Доказать, что у нас есть научные достижениями, которыми мы можем гордиться.
5. Раскрыть суть идеи размагничивания и проиллюстрировать на опыте.

2. Основная часть.

2.1. Актуальность работы.

Великая Отечественная война - одна из самых трагичных страниц в истории России. Выстоять в противоборстве с мощнейшей из развитых стран того времени - фашистской Германией стало возможным только ценой огромного напряжения сил и величайших жертв. Немалую роль в достижении Победы сыграли деятели науки. И мы решили выяснить, что знают студенты нашего колледжа по этому вопросу и провели опрос.

Опрос.

I. Интересовался ли ты, какую роль наука сыграла в годы ВОВ?

1. Да, мне это очень интересно.

2. Слышал что-то, но особо не интересовался.

3. Нет, не интересовался, но надо узнать.

4. Мне это не интересно.

II. Известны ли тебе фамилии ученых - физиков, внесших вклад в победу в годы ВОВ?

1. Да, я знаю несколько фамилий.

2. Слышал, что-то об этом, но подробно не интересовался.

3. Никогда не интересовался, но надо узнать.

4. Мне это не интересно.

III. Как ты считаешь, нужно ли знать о достижениях науки, которые помогли одержать победу над фашизмом?

1. Обязательно нужно знать.

2. Хотел бы узнать.

3. Никогда не задумывался об этом.

4. Мне это не интересно.

Опрос показал, что многие студенты нашего колледжа имеют недостаточные знания о роли научных достижений в годы ВОВ, чтобы понять, насколько они  были дороги и значимы для победы. То, что делали ученые можно приравнивать к подвигам, которые должны жить в памяти поколений, становясь символом горячей любви к Родине и готовности к ее защите. Чем дальше в историю уходят годы Великой Отечественной войны, тем полнее и ярче проявляется величие героического Подвига фронтового поколения, одержавшего всемирно-историческую Победу над фашизмом. Память об этих событиях неподвластна времени. И этот день остаётся для современной молодёжи не менее значимым, чем 67 лет назад. Поэтому мы выбрали тему работы «Экспериментальная проверка принципа размагничивания кораблей», она представляет интерес, как для физики, так и для истории.

2.2. История развития теории размагничивания кораблей.

24 июня 1941 года в 2 часа 41 минуту в устье Финского залива подорвался на мине эсминец «Гневный». В 4 часа 21 минуту в этом районе подорвался на мине крейсер «Максим Горький», но своим ходом пришел в Таллин. Предполагалось, что мины были бесконтактные (магнитными). Противник уже в первые годы войны создал серьёзную минную угрозу у выхода из советских военно-морских баз и на основных морских путях сообщения, использовав в общей сложности 1060 якорных ударных мин и до 160 донных неконтактных мин. Положение создалось угрожающее. А что наш флот? Был ли он подготовлен к возможности минной блокады или это случилось совершенно неожиданно?

Среди многих задач оборонного значения важное место занимало размагничивание кораблей. К решению этой проблемы, помимо научных работников, были привлечены многие военные моряки и судостроители.

Для взрыва магнитной мины не требовалось непосредственного соприкосновения её с корпусом корабля. Идея изготовления такого взрывателя очень проста. Магнитный взрыватель мины срабатывает под влиянием магнитного поля корабля, проходящего над ней или на некотором от неё расстоянии. С приближением корабля к такой мине магнитное поле искажается, установленная во взрывателе магнитная стрелка в связи с этим отклоняется на некоторый угол и тем самым замыкает контакты в боевой цепи мины, вызывая её взрыв. Кроме того, магнитные мины, лежащие на дне, не поддавались обычным методам траления, рассчитанным на подсекание и подрыв якорных мин.

Эти преимущества магнитных мин перед обычными якорными минами дали основание военно-морским специалистам заранее предугадать их применение в предстоящей войне, тем более, что нашим военным морякам пришлось впервые с магнитными минами английских интервентов ещё в сентябре 1919 года на Северной Двине. Уже тогда на выставленном англичанами заграждении из магнитных мин подорвалось несколько наших кораблей. Однако военные моряки быстро очистили фарватер от этих, ещё сравнительно примитивных, мин.

Естественно было ожидать, что в новой войне будут использоваться усовершенствованные магнитные мины: более чувствительные, с приспособлениями, затрудняющими их траление и уничтожении. Всё это заставило командование Военно-Морского Флота СССР поставить перед специалистами задачу - разработать метод защиты кораблей от неконтактного магнитного минного и торпедного оружия.

Эта важная задача была поручена Ленинградскому физико-техническому институту Академии наук СССР ещё в 1936 году. За её выполнение взялись Анатолий Петрович Александров и Борис Александрович Гаев. А.П.Александров организовал в своей лаборатории специальную группу, возглавляемую Б.А.Гаевым, которая занималась проблемой размагничивания кораблей.

2.3. Принцип размагничивания кораблей.

Идея, положенная в основу работ по защите кораблей от неконтактных мин, состояла в размагничивании кораблей. Предполагалось, что это можно сделать путём компенсации магнитного поля корабля с помощью закреплённых на нём специальных обмоток, через которые пропускался постоянный ток. При этом магнитное поле корабля может быть скомпенсировано магнитным полем тока в такой степени, что прохождение корабля над миной не будет вызывать срабатывания взрывателя, имеющего ограниченную чувствительность.

Принцип обмоточного размагничивания кораблей:

1-кабель размагничивающего устройства;

2-магнитное поле корабля;

3-магнитное поле обмотки с током;

4-результирующее магнитное поле корабля;

5-допустимый предел результирующего магнитного поля, не оказывающий влияния на магнитного поля, не оказывающий влияния на магнитный взрыватель мины.

Простая идея, предложенная А.П.Александровым, Б.А.Гаевым и инженером Балтийского завода А.А.Кортиковским, не сразу получила поддержку со стороны специалистов. Многие из минёров считали, что если и размагничивать корабль, то нужно полностью скомпенсировать его поле до нуля. А так как это невозможно из-за весьма сложной конфигурации поля, размагничивание становится бессмысленным, и нужно сосредоточить все силы на создании и совершенствовании методов траления. Некоторые специалисты считали даже, что корабль нужно не размагничивать, а намагничивать ещё сильнее, с тем, чтобы увеличенное магнитное поле вызывало взрыв магнитной мины на большом расстоянии от корабля.

Группе А.П.Александрова надо было, прежде всего, самой убедиться в осуществимости идеи размагничивания. Сначала исследования проводились на лабораторной модели корабля, сделанной из дерева и обитой листовым железом. В результате этих опытов были найдены наиболее оптимальные виды размагничивающих обмоток. Решено было переходить на плавучие корабли.

2.4. Применение принципа размагничивания кораблей в годы Великой Отечественной войны.

Первые измерения магнитных полей кораблей и опыты по их компенсации были проведены сотрудниками ЛФТИ в 1937 году в сухом доке Кронштадта на эсминцах «Яков Свердлов» и «Артем», а затем на лидере «Ленинград». Итоги были весьма благоприятными. В мае 1938 года в Ораниенбаумском порту на корабль «Дозорный» была наложена временная размагничивающая обмотка, и путем измерения поля под кораблем был подобран оптимальный ток в ней. Затем корабль сделал большое количество проходов с выключенной и включенной обмоткой над установленными на разных глубинах разоруженными неконтактными магнитными минами. Было зафиксировано, что мины уверенно срабатывают при прохождении над ними корабля с выключенной обмоткой и совершенно не реагируют при включе­нии в обмотку оптимального тока. Таким образом, задача противоминной защиты малого корабля была успешно решена. Надо было переходить к опытам по размагничиванию крупных кораблей. В октябре 1938 года был выделен для экспериментов линкор «Марат». И на этом крупнейшем корабле нашего ВМФ при помощи временной размагничивающей обмотки удалось в десятки раз уменьшить магнитное поле в непосредственной близости от киля.

Чтобы получить все необходимые данные о поле корабля, для проекти­рования системы зашиты надо было измерить значений магнитной индукции этого поля в большом числе точек на разных глубинах. Для этого под корабль опускалась алюминиевая штанга с прикрепленным к ней на специальной тележке магнитометром. Штангу перемещали под кораблем и устанавливали на разных глубинах. Для каждого положения штанги измеряли магнитную индукцию в нескольких точках под килем и за бортами корабля. Эту тру­доемкую работу, требующую хорошей отладки приборов и приспособлений, группа ЛФТИ научилась выполнять быстро, чтобы не задерживать боевые корабли на рейде. Таким образом, к началу Великой Отечественной войны были созданы надежные методы защиты наших кораблей от магнитных мин противника. Первое военное утро застало группу А.П. Александрова на борту линкора «Марат». Уже в 4 часа утра на нем была объявлена боевая тревога: с финского берега появились вражеские самолеты. Проверив соответствие расчетных ампер-витков в секциях обмоток, и убедившись в правильности направления токов в них, комиссия передала в эксплуатацию защитное устройство линкора, сошла на берег в Кронштадте и тут же получала задание командования и срочном порядке оборудовать противоминными системами зашиты несколько тральщиков. Не ограничиваясь этим, группа А.П. Александрова из имеющегося в наличии кабеля смонтировала два электромагнитных трала, и уже 27 июня 1941 года эти тральщики вышли на выполнение боевого задания.

Прогнозы специалистов ЛФТИ и флота оправдались: самым первым мероприятием немецко-фашистского командования на морских театрах военных действий после вероломного нападения на Советский Союз была попытка заблокировать наши корабли в их базах и связать их боевые действий массовыми постановками магнитных мин. Фашисты возлагали большие надежды на эффективность этого нового морского оружия и были уверены, что советские моряки и специалисты не смогут быстро найти способы и средства защиты кораблей.

Именно в этих тяжелейших условиях начала войны и стал сказываться тот огромный труд, который бил проделан в предвоенные годы учеными, военными моряками и специалистами судостроения. Впервые же дни на ряде кораблей Балтийского флота были проложены и закреплены на палубе вдоль бортов временные размагничивающие обмотки (вплоть до монтажа более основательных устройств). Данные о магнитных полях кораблей разных классов, полученные до начала воины, позволили рассчитывать параметры таких временных обмоток. Военные моряки быстро освоили изготовление «времянок». Так, 28 июня 1941 года подобная «времянка» была за одну ночь наложена на крейсер «Киров», и он был благополучно выведен из рижского залива через минное поле у острова Даго (теперь - Сарема), где только что перед этим подорвался еще не размагниченный крейсер «Максим Горький». Эффективность таких «времянок» стала очевидной, и моряки всегда радушно принимали у себя ученых. В ходу у них появилось шутливое предисловие: «Перед тем как в бой идти, побывайте у ЛеФТИ».

27 июня 1941 года был издан приказ об организации бригад по уста­новке размагничивающих устройств на всех кораблях флота. От ЛФТИ, помимо группы А.П. Александрова, в работу включились многие сотрудники из разных лабораторий. Игорь Васильевич Курчатов, оторвавшись на время от важнейших работ по ядерной физике, предложил А.П. Александрову включить себя и сотрудников своей лаборатории в работы по размагничиванию. С 27 июня 1941 года в Кронштадте начала работать Балтийская группа размагничивания, с 1 июля в Севастополе - Черноморская, 9 июля в Архангельске - Северная с 14 августа во Владивостоке - Тихоокеанская. Сразу же по прибытии на места началась напряженная работа по монтажу размагничивающих устройств на кораблях. Она велась почти повсеместно круглосуточно, в труднейших условиях первого периода войны, при нехватке специалистов, кабеля, оборудования, зачастую под бомбежками и обстрелами, по жестко ограниченному графику. Тем не менее, самоотверженно преодолевая трудности, научные работники, военные моряки, судостроители и монтажники начали один за другим передавать специальным комиссиям штабов флотов корабли со смонтированными и отрегулированными размагничивающими устройствами. Уже в августе основное боевое ядро кораблей на всех действующих флотах и флотилиях было защищено от магнитных мин противника.

Боевая практика показала высокую эффективность разработанных методов размагничивания. Совместная деятельность специалистов по размагничиванию кораблей и по тралению магнитных мин в первый же месяц, после начала войны свела практически к нулю потери наших кораблей от этих мин и полностью сорвала попытки закупорить наши корабли в базах и нарушить их боевую службу. Ни один корабль, снабженный защитной системой, не подорвался на магнитных минах.

Небольшая в довоенные годы группа специалистов, зародившаяся впервые в ЛФТИ АН СССР, послужила основой для создания в годы войны большой и хорошо организованной службы размагничивания кораблей. В нее вошли сотни военных в моряков, вместе с ними работало большое число научных работников и судостроителей. Благодаря их работе были сохранены для Родины сотни кораблей и многие тысячи человеческих жизней.

2.5. Экспериментальная проверка принципа размагничивания кораблей.

Для демонстрации работы магнитных мин и метода защиты от них используется следующее оборудование: источник постоянного и переменного тока, катушка индуктивности, полосовой магнит и магнитная стрелка, ориентированная вдоль линии юг-север.

Приблизительно на высоте 30-40 сантиметров над стрелкой, перпендикулярно направлению её оси, рукой медленно проносим полосовой магнит, - магнитная стрелка поворачивается, стремясь установиться вдоль оси магнита.

Видно, что «датчик» реагирует на «корабль».

Чтобы размагнитить магнит лучше всего использовать соленоид, соединённый с источником переменного тока. При включенном токе вынимаем магнит вдоль оси соленоида в направлении восток - запад, пока он не окажется на достаточном удалении.

Магнит размагничивается, потому что домены (группа близких атомов, которая может иметь магнитную ось на каждом атоме или молекуле, направленную в одну и туже сторону) переориентируются 50 раз в секунду и, по мере того как стержень удаляется от соленоида, магнитное поле ослабевает до тех пор, пока оно уже не в силах ориентировать домены. Таким образом, они будут располагаться в случайном порядке, и магнит размагнитится.

а) не намагниченное тело; б) намагниченное тело; в) реагирование намагниченного тела на поднесенный к нему магнит.

Тот же эффект достигается, если магнит оставить в соленоиде и постепенно уменьшать ток до нуля.

После размагничивания снова проносим магнит над магнитной стрелкой - стрелка не шелохнётся, значит, «датчик мины» не сработал.

Чтобы вернуть магниту его первоначальные свойства, помещаем его в катушку с большим числом витков и пропускаем по ней постоянный ток. Восстановление магнитных свойств можно легко проверить с помощью стрелки.

2.6. Применение размагничивания в настоящее время.

Электромагниты.

Электромагниты применяются для электронных замков, реле, герконов. Геркон - электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Герконы используются как бесконтактные выключатели, датчики близости и т. д. Во всех вышеперечисленных устройствах детали, которые задумывались разработчиком как магнитомягкие, то есть не имеющие собственной магнитной индукции при отсутствии тока в катушке, могут намагнититься и привести устройство в нерабочее состояние.

При работе с технологическими приспособлениями и инструментами необходимо чтобы обрабатываемый материал, заготовка, деталь или изделие не перемещалось вслед за движущимися устройствами. Особенно это актуально для ручной работы. Например, во многих случаях неудобно пользоваться намагниченными отвёрткой, пинцетом

Устройства с электронной лучевой трубкой.

В устройствах с электронной лучевой трубкой, таких как телевизор или монитор, зачастую реализована встроенная аппаратная функция устранения намагниченности теневой маски, рамы и других металлических деталей трубки. Размагничивание обычно предусмотрено только на устройствах с многоцветным люминофором, так как в отличие от монохромных ЭЛТ (у которых намагничивание вызывает незначительное геометрическое искажение), при нескольких цветах люминофора, незначительное отклонение потока электронов приводит к засвечиванию люминофора, соответствующего другому цвету и приводит к появлению очень заметных цветовых искажений (пятен, смещения цветов).

Система размагничивания ЭЛТ базируется на электромагните и представляет собой толстый жгут (петлю), проложенный по периметру маски (снаружи ЭЛТ) и подключённый к низкочастотному генератору и конденсаторам большой ёмкости. Конденсаторы накапливают заряд, который разряжается через генератор на жгут, вызывая переменное магнитное поле, изменяющее остаточную намагниченность металлических элементов. За счёт затухания и переменного намагничивания остаточная намагниченность элементов становится меньше критической (вызывающей цветовые искажения).

Многие устройства с ЭЛТ выполняют автоматическое размагничивание сразу после включения питания (пока прогревается катод).

Размагничивание магнитных носителей информации.

Размагничивание, применённое к магнитному носителю, может уничтожить все данные быстро и эффективно. Используется прибор, называемый размагничиватель, предназначенный для уничтожения данных.

Размагничивание обычно выводит жёсткий диск из строя, так как уничтожает низкоуровневое форматирование, производимое во время изготовления. Размагниченные дискеты, обычно, могут быть переформатированы и использованы заново.

Размагничивание труб.

Прежде чем приступить к ремонту нефти и газопроводных труб, их необходимо размагнитить. Трубы намагничиваются, находясь в магнитном поле Земли. Для этого используют специальные установки, например "СУРА - БМ".

Такая установка предназначена для размагничивания и/или компенсации остаточных магнитных полей при сварке стыков труб и элементов магистральных газопроводов может также применяться для размагничивания деталей, конструкций и механизмов, изготовленных из ферромагнитных сталей. Основное назначение устройство - это уменьшение продольной составляющей остаточной намагниченности, для уменьшения напряжённости магнитного поля в разделке сварного шва при проведении ремонтно-сварочных работ.

 Задача "размагничивания" сводится к устранению вредных последствий действия намагниченности. При ремонте участков трубопроводов с применением электросварки это эффект "магнитного дутья", значительно увеличивающий время и ухудшающий качество сварочных работ.

Принцип работы установки основан на воздействии магнитного знакопеременного поля затухающего по фиксированному декременту на подготовленное к сварке соединение труб. Магнитное поле для размагничивания сварного соединения создает гибкий универсальный соленоид, выполненный из сварочного кабеля КОГ 1 х 25,0 в виде двух или четырех плетей (шлейфов), которые оперативно накладываются по обе стороны соединения подготовленного под сварку. Таким образом, трубы не размагничиваются до близкого к нулевому значению магнитного поля, а размагничивание установкой приводит к минимально-возможному в конкретной конструкции полю в сварном зазоре, при этом полученное поле по всему периметру трубы становится однородным.

Размагничивание автомобильных запчастей.

Прежде чем установить некоторые запчасти на автомобиль их подвергают магнитному контролю. Каждую деталь, подвергаемую магнитному контролю, следует размагнитить, так как при дальнейшей эксплуатации может отрицательно сказаться влияние ее остаточной намагниченности на работу автомобиля. Поверхности трущихся деталей (шестерни, валики, подшипники) будут притягивать стальные металлические частицы, например продукты изнашивания, и тем самым увеличивать собственный износ. Неразмагниченные детали искажают показания электромагнитных и навигационных приборов. Размагничивают детали, воздействуя на них переменным магнитным полем, напряженность которого уменьшается от максимального значения до нулевого. Степень размагниченности деталей проверяют приборами для контроля размагниченности.

Заключение

Размагничивание кораблей явилось одной из многих важных задач оборонного значения. Противник уже в первые дни войны создал серьёзную минную угрозу у выходов из наших военно-морских баз и на основных морских путях. Перед физиками была поставлена задача - создать эффективный метод защиты кораблей от этих мин. Её решение было возложено на Ленинградский физико-математический институт, а возглавил работы А.П. Александров.

Для экспериментов по размагничиванию больших кораблей был выделен линкор «Марат». Именно на этом крупнейшем корабле нашего военно-морского флота при помощи размагничивающей обмотки тока физикам удалось в десятки раз уменьшить магнитное поле в непосредственной близости от киля - наиболее уязвимой части корабля. На основании этих опытов командование издало приказ об организации бригад по установке размагничивающих устройств на всех кораблях флота. Уже в августе 1941 года основное боевое ядро кораблей на всех действующих флотах и флотилиях было защищено от магнитных мин противника. Благодаря самоотверженному труду учёных-физиков и военных моряков, для Родины были сохранены сотни кораблей и многие тысячи человеческих жизней.

Работа группы ученных под руководством Игоря Васильевича Курчатова в г. Севастополе была сопряжена не только с большой ответственностью, но и опасностью. Устройство мин, применявшихся фашистами, постоянно менялось, и для успешной борьбы с ними необходимо было изучить их устройство. Разборку мин неизвестной конструкции зачастую собственную производил сам Игорь Васильевич. Суровая действительность военного лихолетья заставляла рисковать жизнью даже крупнейшего ученого нашей страны.

Эти давно разработанные методы, несколько усовершенствованные современными учёными и судостроителями, также с успехом применяются и сейчас на всех военных судах. На Балтийском флоте, оборудованные такими системами корабли, стоят на охране границы с Финляндией.

В настоящее время применение принципа размагничивания кораблей широко используется в различных областях науки и техники:

• электромагниты, используемые в электронных замках, реле, герконах и т.д. поддерживают их в рабочем состоянии;
• размагничивание, применённое к магнитному носителю, может уничтожить все данные быстро и эффективно;
• размагничивание нефти и газопроводных труб позволяет устранить вредные последствия действия намагниченности;
• размагничивание запчастей автомобиля, продлевает их срок службы.

Принцип размагничивания намагниченных тел при воздействии на них переменным магнитным полем, напряженность которого уменьшается от максимального значения до нулевого, находит все новые и новые области применения. Ведь прогресс не стоит на месте.

Список используемой литературы.

1. Журнал "Судостроение" № 2, 2007 год. Статья В. М. Йолтуховского и В. А. Козлова "Противоминная защита надводных кораблей и подводных лодок ВМФ СССР (1941-1945 гг.) (По материалам ЦВМА).
2. Плетнёв С. В.  Магнитное поле: свойства, применение. - Изд. ГУМАНИСТИКА, 2004 г.  - 624 с

Интернет-ресурсы:

1. carcont.ru/magnitnyj...kontrol
2. www.razvitie.kazan.ru/info.html
3. www.imach.uran.ru/conf/rkd/tezis/n177.doc
4. A Guide to Understanding Data Remanence in Automated Information Systems. - National Computer Security Center, (в переводе) 1991.
5. http://dic.academic.ru

Код для цитирования: Скопировать