§ 2. Опыт Эрстеда. Ток создает магнитное поле
О
ткрытие,
прославившее имя Эрстеда, профессора
Копенгагенского университета, произошло
в 1820 году, как говорят, случайно. Эрстед
на лекции демонстрировал нагрев проволоки
«вольтаическим электричеством» (понятия
«ток» еще не было, уже после открытия
Эрстеда его введет Ампер). Рядом с
проволокой, подключенной к источнику
напряжения (вольтовому столбу), на столе
оказался компас. Во время демонстрации
кто-то из студентов заметил, что при
замыкании цепи магнитная стрелка компаса
отклонилась в сторону.
Так «пала стена» между электрическими и магнитными явлениями. Опыты Эрстеда стали повторять во многих лабораториях, награды и почести так и посыпались на Эрстеда.
Демонстрации: 1. Опыт Эрстеда.
2. Магнитное поле прямого, кругового токов и соленоида: исследование с помощью стрелок и железных опилок.
Поле соленоида похоже на поле постоянного магнита.
О
братим
внимание: во всех случаях направления
магнитных силовых линий и тока связаны
правилом правого винта.
Огромный рывок вперед сделал француз Андре Мари Ампер (1775 - 1836). Именно у него родилась гениальная мысль о токовой природе магнетизма. Он показал возможность свести все явления магнетизма к действию электрических токов: токов в проводах и замкнутых микротоков внутри вещества. Так родилась новая наука — Ампер назвал её электродинамикой.
Основные положения электродинамики на современном языке звучат так:
Магнитное поле создается электрическими токами
Магнитное поле действует на электрические токи
(Термина «поле» во времена Ампера еще не было – он и его современники придерживались концепции «действия через пустоту». Представления о поле начал развивать Фарадей после 1830-х гг., а окончательно это понятие оформилось в итоговой работе Максвелла в 1865 г.)
§ 3. Сила Ампера. Магнитная индукция в – силовая характеристика поля
Силу
,
действующую на провод с током в магнитном
поле, называют силой Ампера. Она позволит
нам ввести силовую
характеристику магнитного поля – вектор
магнитной индукции
.
Пока что мы договорились только о
направлении
– по направлению северного полюса
свободно подвешенной магнитной стрелки.
Пусть I – сила тока в
проводнике, l – его
длина. Будем считать
вектором, направленным по току. Ампер
опытным путем установил, что:
1)
,
2)
силовым
линиям
,
3)
зависит от угла
между
и силовыми линиями
:
,
если
||
,
максимальна, если
,
при произвольных значениях угла
.
Определение. Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимальной силы Ампера к произведению Il:
Единица измерения магнитной индукции в СИ называется «тесла»:
1 Тл
.
При произвольном угле
сила Ампера
.
Направление силы Ампера.
перпендикулярна как линиям
,
так и проводу
.
Это направление можно определить по
правилу левой руки:
Расположите ладонь так, чтобы линии входили в ладонь. Четыре пальца направьте по току, тогда отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера.
Демонстрации:
С
ила
Ампера.
2. «Весы Ампера» измеряют силу, действующую на провод с током.
П
ри
изменении направления тока равновесие
весов изменяется в обратную сторону.
В векторном виде сила Ампера
|
В задаче 7.48 доказано, что результирующая сила Ампера, действующая на провод произвольной формы в однородном магнитном поле, определяется вектором , соединяющим концы А и С провода: .
Отсюда, в частности, следует, что в однородном магнитном поле сила Ампера, действующая на замкнутый проводник с током, равна нулю.