24. В чем состоит суть открытия Эрстеда?...

Опыт Эрстеда — классический опыт, проведённый в 1820 году Эрстедом и являющийся первым экспериментальным доказательством воздействия электрических токов на магниты.

Суть опыта:

Ганс Христиан Эрстед помещал над магнитной стрелкой прямолинейный металлический проводник, направленный параллельно стрелке. При пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180°. Аналогичный разворот наблюдался, если провод переносился на другую сторону, располагаясь не над, а под стрелкой.

Принято считать, что это открытие было совершенно случайно: профессор Эрстед демонстрировал студентам опыт по тепловому воздействию электрического тока, при этом на экспериментальном столе находилась также и магнитная стрелка. Один из студентов обратил внимание профессора на то, что в момент замыкания электрической цепи стрелка немного отклонялась. Позднее Эрстед повторил опыт с более мощными батареями, усилив тем самым эффект. При этом сам он в своих поздних работах опровергал случайный характер открытия: «Все присутствующие в аудитории — свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью…».

Отличия электрического и магнитного полей. Следует понимать, что электрическое и магнитное поле, это два совсем разных проявления природы. Первоначальными носителями полей являются элементарные частицы — электроны и ионы. Частицы обладают обоими типами полей одновременно (и магнитным и электрическим). Но, проявление интенсивности каждого из них зависит от определённых условий. 

Как Вы, возможно, знаете, интенсивность электрического поля зависит, в первую очередь, от имеющегося количества разноимённых зарядов элементарных частиц. То есть, чем больше электрических зарядов одного вида на одной части, и противоположного, на другой, следовательно, тем больше будет электрическое поле между этими двумя частями (к примеру, пластины конденсатора). Расстояние между этими пластинами мы пока не берём в учёт. 

Магнитное поле ведёт себя немного иначе. Оно существует при движении электрических зарядов. То есть, чем интенсивнее движение зарядов, тем больше вокруг их магнитного поля. Ну, а второстепенным фактором, конечно, будет количество движущихся заряженных частиц. При их движении в одном и том же направлении, магнитное поле увеличится за счёт суммирования. Учтите, что полной статики у заряженных частиц нет, и не может быть. Следовательно, микротоки (и магнитные поля) есть везде и повсюду. 

25. Охарактеризуйте вклад м.Фарадея в создание эмкм.

Фара Фарадей зная об открытом в . 1820 г. Эрстедоммагнитном действии тока, Фарадей поставил себе целью решить обратную задачу превратить магнетизм в электричество. Большим его успехом было открытие электромагнитной индукции. Это явление заключается в следующем. Если в магнитном поле (о сущности физического поля - главном предмете настоящего раздела - будет сказано немного ниже) движется электрический проводник или, наоборот, около проводника движется, например, постоянный магнит, в проводнике возникает электродвижущая сила, а если проводник замкнут, в цепи появляется электрический ток (Взаимоперемещения проводника и магнита обязательно должны быть такими, чтобы проводник пересекал линии магнитного поля. )(рис. 37, а). На этом рисунке М - постоянный магнит, А Б - проводник, Г - гальванометр. Постоянный магнит может быть заменен первичной цепью Э1 электрического тока, питание которой производится от батареи В (рис. 37, б). В этом случае магнитное поле создается протекающим в контуре Э1 электрическим током. Перемещение цепи Э1 по отношению к цепи Э2 (или, наоборот, перемещение цепи Э2 по отношению к цепи Э1) или изменение силы тока в первичном контуре Э1 вызывает появление тока во вторичном контуре Э2, о чем можно судить по показаниям гальванометра Г.

Рис. 37. Электромагнитная индукция

Таким образом, Фарадей опытным путем показал, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая (а нестатическая) связь. Это открытие имело огромное научное и практическое значение.

В 1864 г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

Четыре строчки уравнений, поразивших современников соей математической совершенностью и красотой, впервые появились в 1873 году в книге Максвелла “ Трактат об электричестве и магнетизме” , в которой объединены в единое целое оптика, электричество и магнетизм.

Вот эти знаменитые уравнения в кратком разборе.

1) 

2) 

3) 

4) 

Уравнение 1 выражает закон Гаусса. Для статистических полей этот закон эквивалентен закону Кулона. Утверждается, что поток электрического поля через замкнутую поверхность пропорционален полному заряду, сосредоточенному в объёме, ограниченной данной поверхностью.

Уравнение 2 представляет собой закон Гаусса для магнитного поля. Он утверждает, что поток магнитного поля через замкнутую поверхность равен нулю. Это означает, что не существует магнитных аналогов электрического заряда.

Уравнение 3 выражает закон электромагнитной индукции Фарадея. Он утверждает, что интеграл от электрического поля вдоль замкнутого контура пропорционален скорости изменения потока магнитного поля через поверхность, натянутую на этот контур. Таким образом, изменяющееся магнитное поле сопровождается переменным электрическим полем.

Наконец, уравнение 4 представляет собой модифицированный закон Ампера. Максвелл изменил это уравнение, добавив в него второе слагаемое в правой части, названное током смещения, которое описывает изменение потока электрического поля. Модифицированный закон Ампера утверждает, что интеграл от магнитного поля по замкнутому контуру пропорционален сумме двух слагаемых. Первое из них содержит полный ток, протекающий сквозь поверхность, натянутую на этот замкнутый контур. Второе слагаемое (введенное Максвеллом) содержит скорость изменения потока электрического поля через эту поверхность. Благодаря внесённому Максвеллом дополнению к закону Ампера четвертое уравнение Максвелла есть утверждение, что переменное электрическое поле сопровождается переменным магнитным полем.