Електрична і магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Індукція магнітного полія. Потік магнітної індукції. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Сила Лоренца.
1. Взаємодія магнітів
У будь-якого магніту є два полюси (полюсами магніту називають ті його частини, поблизу яких найбільше сильно проявляється дія магніту). Дослід показує, що однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні — притягуються.
Виявилося, що взаємодія полюсів магніту дуже схожа на взаємодію електричних зарядів. Більше того, виявилося, що так само, як і для електричних зарядів, сила взаємодії полюсів убуває обернено пропорційно квадрату відстані між ними.
Однак одержати «одиночні» магнітні полюси (тільки північний і тільки південний), подібні до позитивних і негативних електричних зарядів, виявилося неможливим: якщо розпиляти магніт, виходять два менших магніти, у кожного з яких є знову два полюси — північний і південний. Уже в XX столітті було встановлено, що навіть елементарні частинки, такі як протон і електрон, є малюсінькими магнітами, які мають по два полюси.
2. Взаємодія магнітів і провідників зі струмами
Пряме експериментальне виявлення зв’язку між електричними й магнітними явищами відбулося завдяки щасливій випадковості. 1820 року данський фізик Х.Ерстед, читаючи лекцію про постійні струми, звернув увагу на те, що магнітна стрілка, яка перебуває поблизу провідника, повернулася під час увімкнення струму. Так було відкрито орієнтувальну дію провідника зі струмом на постійний магніт.
Після того як були виявлені взаємодії магнітів з магнітами й електричними струмами з магнітами, постало запитання: чи відбуватиметься магнітна взаємодія між електричними струмами?
Позитивна відповідь на це питання була отримана Ампером.
Він експериментально встановив, що паралельні провідники зі струмами взаємодіють.
Виявилося, що паралельні провідники зі струмами взаємодіють один з одним:
якщо струми течуть в одному напрямку, то провідники притягуються, а якщо в протилежних напрямках — то відштовхуються.
Взаємодію провідників зі струмами використовують для визначення одиниці сили струму, названої на честь Ампера ампером.
Один ампер
— це сила такого постійного струму,
який під час проходження через два
паралельні прямолінійні нескінченно
довгі провідники
дуже
малого перерізу, розташовані у вакуумі
на відстані 1 м один від
одного,
спричиняє між провідниками силу
взаємодії, яка дорівнює
Н на кожний
метр довжини.
Вивчивши взаємодію котушок зі струмами, Ампер виявив, що воно нагадує взаємодію постійних магнітів: торці котушок притягуються або відштовхуються залежно від того, як спрямовані струми в котушках.
З постійними магнітами котушки зі струмами теж взаємодіють як магніти: торець котушки притягується до полюса магніту або відштовхується від нього. Таким чином,
один торець котушки зі струмом є її північним полюсом, а інший — південним.
Таким чином, котушка зі струмом за своєю магнітною дією подібна до магніту.
Взаємодії між провідниками зі струмом називаються магнітними. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називаються магнітними.