§ 114. Магнитное действие электрического тока. Простей­шие электрические и магнитные явления известны людям с очень давних времен.

По-видимому, уже за 600 лет до н. э. греки знали, что магнит притягивает к себе железо, а натертый янтарь — легкие предметы, вроде солбминок и т. п. Однако различие между электрическими и магнитными притяжениями было еще не ясно; те и другие считались явлениями одной при­роды.

Четкое разграничение этих явлений — заслуга английского врача и естествоиспытателя Уильяма Гильберта (1544—1603), который в 1600 г. выпустил в свет книгу под названием «О магните, магнитных телах и большом магните—Земле». С этой книги, собственно, и начи­нается подлинно научное изучение электрических и магнитных явле­ний. Гильберт описал в своейжниге все свойства магнитов, которые в его эпоху были известны, а также изложил результаты собственных очень

важных опытов. Он указал на ряд существенных различий между элек­трическими и магнитными притяжениями и ввел слово «электричество».

Хотя после Гильберта различие между электрическими и магнит­ными явлениями было уже для всех неоспоримо ясно, тем не менее ряд фактов указывал на то, что при всем своем различии эти явления каким- то образом тесно и неразрывно связаны друг с другом. Наиболее бро­сающимися в глаза были факты намагничивания железных предметов и перемагничивания магнитных стрелок под влиянием молний. В своей работе «Гром и молния» французский физик Доминик Франсуа Араго (1786—1853) описывает, например, такой случай. «В июле 1681 г. ко­рабль «Королева», находившийся в сотне миль от берега, в открытом море, был поражен молнией, которая причинила значительные повреж­дения в мачтах, парусах и пр. Когда же наступила ночь, то по положе­нию звезд выяснилось, что из трех компасов, имевшихся на корабле, два, вместо того чтобы указывать на север, стали указывать на юг, а третий стал указывать на запад». Араго описывает также случай, когда молния, ударившая в дом, сильно намагнитила в нем стальные ножи, вилки и другие предметы.

В начале XVIII века было уже установлено, что мол­ния, по сути дела, представляет собой сильный электри­ческий ток, идущий через воздух; поэтому факты вроде описанных выше могли подсказать мысль, что всякий электрический ток обладает какими-то магнитными свой­ствами. Однако обнаружить на опыте эти свойства тока, и изучить их удалось только в 1820 г. датскому физику Гансу Христиану Эрстеду (1777—1851).

Основной опыт Эрстеда изображен на рис. 199. Над неподвижным проводом 1, расположенным вдоль мериди­ана, т. е. в направлении север — юг, подвешена на тонкой нити магнитная стрелка 2 (рис. 199, а). Стрелка, как из­вестно, устанавливается также приблизительно по линии север — юг, и поэтому она располагается примерно па­раллельно проводу. Но как только мы замкнем ключ и пустим ток по проводу 1, мы увидим, что магнитная стрелка поворачивается, стремясь установиться под прямым углом к нему, т. е. в плоскости, перпендикулярной к проводу (рис. 199, б). Этот фундаментальный опыт показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, дей­ствуют силы, вызывающие движение магнитной стрелки, т. е. силы, подобные тем, которые действуют вблизи ес- ‘ тественных и искусственных магнитов. Такие силы мы будем называть магнитными силами, так же как мы назы­ваем силы, действующие на электрические заряды, элект­рическими.

В гл. II мы ввели понятие электрического поля для обозначения того особого состояния пространства, которое проявляется в действиях, электрических сил. Точно так же мы будем называть магнитным полем то состояние

пространства, которое дает о себе знать действием магнит­ных сил. Таким образом, опыт Эрстеда доказывает, что в пространстве, окружающем электрический ток, возни­кают магнитные силы, т. е. создается магнитное поле.

Рис. 199. Опыт Эрстеда с магнитной стрелкой, обнаруживающий су­ществование магнитного поля тока: 1 — провод, 2 — магнитная стрел­ка, подвешенная параллельно проводу, 3 — батарея гальванических элементов, 4 — реостат, 5 — ключ

Первый вопрос, который поставил перед собой Эрстед после того, как он сделал свое замечательное открытие,

был таков: влияет ли вещество провода на создаваемое током магнитное поле? «Соединительный провод,— пишет Эрстед,— может состоять из нескольких проволок или металлических полос. Природа металла не меняет резуль­тата, разве только, пожалуй, в отношении величины ¹).

С-одинаковым результатом мы пользовались проволоками из платины, золота, серебра, латуни и железа, а также оловянными и свинцовыми полисами и ртутью».

Все свои опыты Эрстед проводил с металлами, т. е. с проводниками, в которых проводимость, как мы теперь знаем, имеет электронный характер. Нетрудно, однако, осуществить опыт Эрстеда, заменив металлический провод трубкой с электролитом или трубкой, в которой проис­ходит разряд в газе. Такие опыты мы уже описали в § 40 (рис. 73) и видели, что хотя в этих случаях электрический ток обусловлен движением положительных и отрицатель­ных ионов, но действие его на магнитную стрелку то же, что и в случае тока в металлическом проводнике. Какова бы ни была природа проводника, по которому течет ток, вокруг проводника всегда создается магнитное поле, под влиянием которого стрелка поворачивается, стремясь стать перпендикулярно к направлению тока.

Таким образом, мы можем утверждать: вокруг всякого тока возникает магнитное тле. Об этом важнейшем свой­стве электрического тока мы уже упоминали (§ 40), когда говорили подробнее о других его действиях — тепловом и химическом.

Из трех свойств или проявлений электрического тока наиболее характерным является именно создание магнит­ного поля. Химические действия тока в одних проводни­ках — электролитах — имеют место, в других — метал­лах — отсутствуют. Выделяемое током тепло может быть при одном и том же токе больше или меньше в зависимости от сопротивления проводника. В сверхпроводниках воз­можно даже прохождение тока без выделения тепла (§ 49). Но магнитное тле — неотделимый спутник всякого элект­рического тока. Оно не зависит ни от каких специальных свойств того или иного проводника и определяется лишь силой и направлением тока. Большинство технических применений электричества также связано с наличием маг­нитного поля тока.