Магнетизм связан не со статическим электричеством, а с электрическим током.
Кроме того, взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки сыграло важную роль в развитии техники физического эксперимента. По отклонению магнитной стрелки было возможно судить о силе проходящего вблизи нее тока. Стало возможно устроить очень чувствительный прибор для измерения силы тока — гальванометр и другие электроизмерительные приборы.
О
ткрытие
Эрстеда способствовало не только
разгадке причин магнетизма, но и открытию
нового фундаментального типа взаимодействия
электрических зарядов.
Как только стал известен опыт Эрстеда, французский физик Андре Ампер (1775-1836 гг.) усердно занялся исследованием электромагнетизма. Сначала под непосредственным впечатлением от наблюдения поворачивающейся вблизи тока магнитной стрелки Ампер предложил, что магнетизм Земли вызван токами, обтекающими Землю с запада на восток. Главный шаг был сделан. Следующий шаг — объяснение магнитных свойств тела циркулирующим внутри него током. Далее Ампер пришел к заключению: магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него.
Этот решающий шаг от возможности объяснения магнитных свойств токами к утверждению, что магнитное взаимодействие — это взаимодействие токов, свидетельство большой научной смелости Ампера.
V
Там, где Кулон видел неразделимые магнитные полюса молекул, оказались просто замкнутые электрические токи. Неразделимость магнитных полюсов полностью потеряла свою загадочность: нет магнитных зарядов и нечего делить.
Ни Ампер, ни его современники не знали природу этих токов. Гипотеза Ампера — это его гениальная догадка. Теперь известно, что элементарный ток — это результат вращения электронов вокруг атомного ядра и их собственного вращения.
! Магнитное взаимодействие обусловлено не особыми магнитными зарядами, подобно электрическим, а движением электрических зарядов, т.Е. Током.
Д
Рис.
4
В
результате
опытов Ампер установил, что:
проводники, в которых протекают токи одного направления, притягиваются;
проводники, в которых протекают токи противоположных направлений, отталкиваются;
взаимно перпендикулярные проводники с током не действуют друг на друга.
Ампер предложил назвать обнаруженные явления электродинамическими (в отличие от электростатических).
Магнитное (электродинамическое) взаимодействие — притяжение или отталкивание проводников с током. Магнитное взаимодействие осуществляется посредством магнитного поля.
!Электрический ток — это направленно движущиеся электрические заряды.
Следовательно, взаимодействие проводников с током — это взаимодействие движущихся электрических зарядов. Таким образом, наряду с взаимодействием Кулона, которое существует у неподвижных заряженных тел (или частиц) и определяется только величиной зарядов и расстоянием между ними, при движении зарядов возникает новый тип взаимодействия. Он определяется не только величинами зарядов и расстоянием, но и скоростями движения зарядов. Проявляется этот тип взаимодействия в виде действия фундаментальной силы, зависящей от скоростей движущихся зарядов, — магнитной.
Сила Ампера - сила, которая действует на проводник с током со стороны магнитного поля.
Направление силы Ампера определяется правилом левой руки (рис. 5).
Рис.
5
Е
Экспериментальным путем был установлен закон Ампера, позволяющий вычислить значение магнитной силы: сила Ампера зависит от длины проводника, силы тока в проводнике, от расположения проводника и силовой характеристики магнитного поля.
Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника:
Fa = ВI Isin а.
Обобщающим трудом Ампера была книга «Теория электрических явлений, выведенная из опыта» (1826).
Магнитная сила действует не только на проводник с током, но и на каждую заряженную частицу в проводнике.
Сила Лоренца сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля:
Fa = [q]*V*B sin a.
Направление силы Лоренца определяется с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90° большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца.
Сила Ампера и сила Лорен — магнитные силы, которые имеют свои особенности.
Магнитные силы не имеют центрального характера, как кулоновские и гравитационные. Это обнаруживалось уже в опытах Эрстеда: магнитная стрелка не притягивалась к проводу и не отталкивалась от него, а поворачивалась.
Магнитная сила действует на движущиеся частицы в направлении, перпендикулярном их скорости. Поэтому в однородном магнитном поле заряженная частица движется по окружности.
Силы магнитного взаимодействия частиц гораздо слабее кулоновских в обычных условиях, и лишь при скоростях частиц, приближающихся к скорости света, они становятся сравнимыми.
Магнитные силы больше проявляют себя в технике, так как можно создать токи, достигающие очень больших значений. Эти силы приводят во вращение якорь любого электродвигателя. В отличие от магнитных кулоновские силы почти никак не проявляют себя в технике, но в природе играют основную роль.
Открытие Ампера расширяет наши представления об электрическом заряде. Обнаруживается новое фундаментальное свойств зарядов: способность взаимодействовать с силами, зависящими от скоростей движения.
Оценивая вклад Ампера в развитие электродинамики, Дж. Максвелл назвал его «Ньютоном электричества».