Тема 5.3. Магнитное поле постонного тока

1.5.3. Магнитное взаимодействие проводников с током. Магнитное поле.

Возможное существование тесной связимежду электрическими и магнитными явлениями предполагали уже самые первые исследователи, пораженные аналогией электрических и магнитных явлений притяжения и отталкивания. Гильберт даже попытался доказать, что в данном случае мы имеем дело с совершенно разными явлениями.

Законы Кулона, формально одинаковые для электрических и магнитных явлений вновь выдвинули эту проблему.

После изобретения гальванического элемента (источника постоянного тока) попытки обнаружить связь между электрическими и магнитными явлениями стали более частыми и более интенсивными.

21 июля 1820 года Эрстед издал и разослал специалистам небольшую статью (всего 4 страницы) в которой он описал фундаментальный опыт по электромагнетизму - ток идущий по проводнику действует на магнитную стрелку.

Открытие Эрстеда имело для науки чрезвычайно важное значение и не только потому, что оно доказывало связь электрических и магнитных явлений. Из опыта Эрстеда вытекало, что в природе существуют силы, направленные не по прямой соединяющей взаимодействующие тела, а по нормали к этой прямой.

Исключительность открытия сделанного Эрстедом привлекла к нему большое внимание как экспериментаторов, так и теоретиков.

Взаимодействие проводников с током было открыто практически одновременно с действием электрического тока на магнитную стрелку в 1820 году и было подробно исследовано Ампером на опыте.

В результате было установлено, что токи одного направления притягиваются (рис. 27а), разного направления отталкиваются (рис. 27б). Если по одному из проводников ток протекает в двух направлениях (рис. 27в), то он магнитного действия не оказывает и обратно, такой проводник не испытывает магнитного действия со стороны других проводников с током. Магнитное взаимодействие не наблюдается и в том случае, если одну часть проводника обвить (произвольным образом) вокруг другой его части (рис. 27г).

В опытах Ампера было, прежде всего, установлено, что сила взаимодействия двух проводников с током пропорциональна силе тока в каждом из них. Из результатов опыта вытекает, что, элементы проводника (рис. 28) совместно производят такое магнитное действие как один элемент , замыкающий эти отрезки.

Следовательно, магнитное действие тока зависит от произведения , где вектор, имеющий длину и направленный вдоль тока. Это произведение называют элементом тока.

Понятие элемента тока играет в учение о магнетизме ту же роль, что и точечный заряд в электростатике. Закон взаимодействия элементов тока (по аналогии с законом Кулона) можно записать в виде

, 5.1

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. В международной системе этот коэффициент принимается равным .

Для объяснения взаимодействия проводников с током было введено понятие магнитного поля (по аналогии с электрическим полем). Основное свойство магнитного поля – возникает вокруг проводника с током и обнаруживается по действию на проводник с током или магнитную стрелку.