Теорія 2

Магнітна дія струму. Дослід Ерстеда

Вивчаючи дії електричного струму ви дізналися, що однією з них є магнітна дія, яка була встановлена у 1820 році Ерстедом. Завдяки цій дії взємодіють між собою прямі провідники зі струмом і постійні магніти. Такі сили називають магнітними.

Зв'язок між електричними й магнітними явищами було відомо ще до історичних дослідів Ерстеда й Ампера: було помічено, що блис­кавка перемагнічує компаси на кораблях, намагнічує сталеві предмети.

Пряме експериментальне виявлення зв'язку між електричними й маг­нітними явищами відбулося завдяки щасливій випадковості: коли Ерстед читав лекцію про постійні струми, він звернув увагу на те, що магнітна стрілка, яка була розташована поблизу провідника, обернулася під час ввімкнення струму. (У 1820 р. людство, зробило ще один важливий крок на шляху до розуміння природи  магнітної взаємодії. 15 лютого цього року професор Копенгагенського університету (Данія) Г. Ерстед демон­стрував своїм студентам теплову дію електричного струму. Біля провідника, який нагрівався електричним струмом, поруч випад­ково опинився компас. Один зі студентів помітив, що в момент замикання кола стрілка компаса змінювала свій напрямок, а в разі розмикання кола поверталася в початковий стан. Допитливий студент попросив Ерстеда пояснити, що відбувається. Однак професор не знав, що відповісти, він ніколи нічого подібного не чув. До честі професора, він не відмахнувся від допитливого юнака, а просто повторив дослід і зробив... відкриття. Виявилося, що між елек­тричним струмом і магнетизмом існує взаємозвісля того як були виявлені взаємодії магнітів із магнітами й елек­тричних струмів із магнітами, виникло питання: чи матиме місце маг­нітна взаємодія між електричними струмами?

Позитивна відповідь на це питання була отримана Ампером. Він ек­спериментально встановив, що паралельні провідники зі струмами взає­модіють.

На відміну від електричної взаємодії, „однойменні", тобто однаково напрямлені, струми притягуються, а „різнойменні", тобто протилежно напрямлені, – відштовхуються.

                Магнітні взаємодії:

В. Гільберт         магніт ↔ магніт

X. Ерстед   ел. струм ↔ магніт

А. Ампер   ел. струм ↔ ел. струм

Взаємодії між провідниками зі струмом називаються магнітними. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називають­ся  магнітними силами.

Згідно з теорією близькодії струм в одному з провідників не може безпосередньо діяти на струм в іншому провіднику. Подібно до того, як у просторі, котрий оточує нерухомі електричні за­ряди, існує електричне поле, у просторі, який оточує струми, існує поле, що називається магнітним.

Магнітне поле - вид матерії, за допомогою якого здійснюється взає­модія між зарядженими частинками, які рухаються.

Необхідно знати визначальні властивості магнітного поля:

•  магнітне поле породжується магнітами й струмами (рухомими за­рядами);

•  магнітне поле виявляється за дією на магніти й струми (рухомі за­ряди).

Дослід 1. При підключенні кільцевого провідника до дже­рела струму магнітна стрілка міняє своє положення.

Дослід Ерстеда був настільки простий, що його стали повто­рювати у всіх лабораторіях світу. Так, француз Домінік Франсуа Араго (1786-1853) встановив, що провідник зі струмом притягує до себе ошурки, а магнітна дія посилюється, якщо провіднику надати форму спіралі.

Андре Марі Ампер (1775-1836) відкрив магнітну взаємодію двох провідників зі струмом і зробив заяву, шокуючу для то часу, що й природу постійних магнітів можна пояснити струмами, які циркулюють усередині молекул (про існування електронів в атомах ніхто в ті далекі часи і гадки не мав).

Висновок:  електричний струм є джерелом магнітного поля.

Спробуйте пояснити фізичну природу магнітних бур на Землі.

Як ми вже знаємо, для графічного зображення магнітного поля використовують магнітні силові лінії.

Дослід 2. Прямолінійний провідник пропускаємо крізь картон, на який насипаємо залізні ошурки. Під час пропущення струму спостерігаємо намагнічування й орієнтацію ошурок у магнітному полі.

Магнітні силові лінії – лінії, уздовж яких розташовуються осі маленьких магнітних стрілок, поміщених у дав поле. Ці лінії мають вигляд замкнутих кіл. Напрямок, на який вказують північні кінці цих стрілок, прийнятий за напрямок силових ліній.

Для визначення напрямку силових ліній магнітного поля застосовують правило свердлика або правило правої руки: якщо напрям поступального руху свердлика збігається з напрямом струму в провіднику, то напрям обертання його ручки збігається з напрямом силових ліній магнітного поля.

Це правило ще називають правилом правого гвинта: якщо відігнутий великий палець правої руки напрямлений за струмом, то зігнуті чотири пальці вказують напрям ліній магнітної індукції. Це правило дозволяє визначити полярність котушки

Вивчення дії магнітно­го поля на рамку зі струмом важливе з двох точок зору. По-перше, ця дія має якісно іншу природу – вона є орієнтуючою. Цей факт дозво­лить надалі зрозуміти характер поведінки магнітів і частинок, наділе­них магнітним моментом, у зовнішньому магнітному полі. По-друге, рух рамки зі струмом у магнітному полі важливий і з точки зору практич­ного застосування, оскільки лежить в основі роботи електродвигунів.

Розглянемо, які сили діють на протилежні сторони рамки зі струмом у магнітному полі. По них течуть струми, напрямлені в протилежні боки. Тому сили, діючі з боку магнітного поля на протилежні сторони рамки, будуть проти­лежно напрямлені. Ці сили обертатимуть рамку. Таким чином, магніт­не поле чинить на рамку зі струмом орієнтуючу дію.

Одиниця сили струму.

Взаємодію провідників зі струмами використовують для визначення одиниці сили струму, названої на честь французького фізика Андре-Марі Ампера ампером. Один ампер – це сила такого постійного струму, який у разі проходження по двох паралельних прямолінійних нескінченно довгих провідниках дуже малого перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1м один від одного, спричняє між провідниками силу взаємодії, що дорівнює 2х10^-7Н на кожен метр довжини.