Širenje i produbljivanje istraživanja električnih fenomena dovelo je do otkrivanja i proučavanja novih svojstava električne struje. Godine 1820. objavljeni su i demonstrirani eksperimenti G. H. Oersteda o promatranju djelovanja struje na magnetsku iglu, koji su izazvali veliko interesovanje naučnika iz različitih zemalja i dalje su produbljeni i razvijeni u svojim radovima.

Oerstedova mala (manje od 5 stranica) brošura “Eksperimenti o utjecaju električnog sukoba na magnetsku iglu” izazvala je senzaciju među evropskim fizičarima.

Zanimljiv je Oerstedov zaključak da „električni sukob” (tj. suprotno kretanje pozitivne i negativne „električne materije”) u provodniku „... nije ograničen na provodnu žicu, već ima široku sferu aktivnosti oko toga. žica... Ovaj sukob formira vrtlog oko žice.”

Očigledno je da je Oersted pogriješio vjerujući da na magnetnu iglu utječe sudar heterogenog elektriciteta. Ali Oersted je iznio pretpostavku o povezanosti električnih i magnetskih fenomena u jednom od svojih radova, objavljenom davne 1812. godine: “Trebalo bi pokušati vidjeti da li elektricitet u svom najskrivenijem stadiju ne proizvodi nikakve efekte na magnet kao takav.”

Ubrzo nakon objavljivanja ove brošure (1820.), njemački fizičar Johann X. S. Schweigger (1779-1857) predložio je korištenje otklona magnetske igle električnom strujom za stvaranje prvog mjernog instrumenta - indikatora struje.

Njegov uređaj, nazvan "multiplikator" (tj. množenje), bila je magnetna igla smještena unutar okvira koji se sastoji od zavoja žice. Međutim, zbog uticaja zemaljskog magnetizma na magnetnu iglu množitelja, njegova očitavanja su bila netačna.

Amper je 1821. godine pokazao mogućnost eliminacije utjecaja zemaljskog magnetizma uz pomoć astatičkog para, koji je donja magnetna igla postavljena na zajedničku bakarnu os i locirana paralelno jedna s drugom, sa polovima okrenutim u suprotnim smjerovima.

Godine 1825. firentinski profesor Leopoldo Pobili (1784-1835) spojio je astatski par sa multiplikatorom i tako stvorio osjetljiviji uređaj - prototip galvanometra.

Godine 1820. D. F. Arago je otkrio novi fenomen - magnetiziranje provodnika strujom koja teče kroz njega. Kada bi se bakarna žica spojena na stupove voltaičnog stupa uronila u željezne strugotine, potonje bi se ravnomjerno zalijepile za nju. Kada je struja isključena, piljevina je zaostajala. Kada je Arago uzeo željeznu žicu (napravljenu od mekog željeza) umjesto bakarne žice, ona je bila privremeno magnetizirana. Komad čelika s takvom magnetizacijom postao je trajni magnet.

Na preporuku Amperea, Arago je ravnu žicu zamijenio žičanom spiralom, dok se magnetizacija igle smještene unutar spirale povećala. Tako je nastao solenoid. Aragovi eksperimenti su bili prvi koji su dokazali električnu prirodu magnetizma i mogućnost magnetiziranja čelika električnom strujom.

U procesu istraživanja, Arago je otkrio (1824.) još jednu novu pojavu, koju je nazvao "rotacijski magnetizam" i sastojao se u činjenici da kada se metalna (bakarna) ploča rotira iznad magnetne igle (ili ispod nje), potonja također dolazi u rotaciju. Ni sam Arago ni Ampere nisu mogli da objasne ovaj fenomen. Ispravno objašnjenje ovog fenomena dao je Faraday tek nakon otkrića fenomena elektromagnetne indukcije.

Novi korak od kvalitativnog promatranja djelovanja struje na magnet do određivanja kvantitativnih ovisnosti bilo je uspostavljanje zakona o djelovanju struje od strane francuskih naučnika Jean Baptiste Biot (1774-1862) i Felix Savard (1791-1841). na magnetu.

Nakon niza eksperimenata, ustanovili su (1820) sljedeće: „ako žica neograničene dužine kroz koju prolazi volt struja djeluje na česticu sjevernog ili južnog magnetizma koja se nalazi na poznatoj udaljenosti od sredine žice, tada je rezultanta svih sila koje izlaze iz žice usmjerena okomito na najkraću udaljenost čestice od žice, a ukupni učinak žice na bilo koji (južni ili sjeverni) magnetni element obrnuto je proporcionalan udaljenosti potonjeg do žica.”

Otkriće tangencijalne komponente sile omogućilo je objašnjenje rotacijske prirode kretanja vodiča u odnosu na magnet. Francuski naučnik Pierre Simon Laplace (1749-1827) kasnije je pokazao da sila koju stvara mali dio provodnika varira obrnuto s kvadratom udaljenosti.

Najvažniji naučni i metodološki značaj u proširenju proučavanja novih pojava imali su radovi jednog od najvećih francuskih naučnika, Andre Marie Amperea (1775-1836), koji je postavio temelje elektrodinamike.

Amper je bio neobično prirodno nadarena osoba. Uprkos činjenici da nije imao priliku da uči u školi, nije imao nastavnika, osim svog oca, veoma obrazovanog biznismena, sa neverovatnom upornošću, samostalno savladavajući znanje, postao je jedan od najobrazovanijih ljudi svog vremena.

Fizika i matematika, astronomija i hemija, zoologija i filozofija - u svim ovim naukama jasno se očitovalo Ampereovo enciklopedijsko znanje. Imao je samo 13 godina kada je predstavio svoj prvi matematički rad Lionskoj akademiji nauka, književnosti i umetnosti. Do svoje 14. godine proučio je svih 20 tomova čuvene „Enciklopedije“ Didroa i d'Alamberta, a do 18. godine savršeno je proučio dela L. Eulera, D. Boriullija i J. Lagrangea. , znao latinski i nekoliko stranih jezika.

Amperov lični život bio je pun tragičnih događaja: kao 18-godišnji dječak bio je šokiran giljotinom pogubljenja njegovog oca kao pristalice Žirondinaca (1793.), nekoliko godina kasnije sahranio je svoju voljenu ženu; Sudbina njegove ćerke bila je veoma tužna - izazvala je tešku srčanu bolest koja ga je odvela u grob.

Ali uprkos ogromnoj nervnoj napetosti, Ampere je uspeo da nađe snage da se neumorno bavi fundamentalnim naučnim istraživanjima i da neumorni doprinos riznici svetske civilizacije.

Njegovo istraživanje u oblasti elektromagnetizma otvorilo je novu stranicu u istoriji elektrotehnike. A kada se proučavaju ove pojave, Amperove nevjerovatne sposobnosti jasno su se očitovale.

Prvi put je saznao za Oerstedove eksperimente na sastanku Pariške akademije nauka, gdje ih je ponovio Arago tokom svoje poruke. Uz divljenje, Ampere je intuitivno osjetio važnost ovog otkrića, iako prethodno nije proučavao elektromagnetne pojave.

A tačno nedelju dana kasnije (samo nedelju dana!), 18. septembra 1820., Amper je govorio na sastanku Akademije sa izveštajem o interakciji struja i magneta, a zatim gotovo u nizu - nedelju za nedeljom (sastanci Akademije nauka održavale su se sedmično) vodećim francuskim naučnicima je predstavio rezultate svoje eksperimentalne i teorijske generalizacije, koje su se kasnije odrazile u njegovom čuvenom radu o elektrodinamici.

U jednom od svojih pisama Ampere naglašava da je “stvorio novu teoriju magneta, svodeći sve pojave na fenomene galvanizma”. Logika njegovih generalizacija je upečatljiva: ako je struja magnet, onda dvije struje moraju međusobno djelovati poput magneta. Sada se ovo čini očiglednim, ali prije Amperea niko to nije tako jasno istakao. Briljantno znanje iz oblasti matematike omogućilo je Ampereu da teorijski generalizuje svoja istraživanja i formuliše čuveni zakon koji nosi njegovo ime.

Ampereovo filozofsko djelo “Esej o filozofiji nauka, ili analitičko izlaganje prirodne klasifikacije cjelokupnog ljudskog znanja” (1834) zaslužuje pažnju. Danas su objavljeni brojni radovi o naučnim studijama, „nauci o naukama“. Svojom "Klasifikacijom" Ampere je postavio temelje ove važne oblasti naučnog znanja prije više od stotinu godina.

Pogledajmo bliže Amperov rad na polju elektromagnetizma.

Napomenimo prije svega da je Ampere prvi uveo pojam "električna struja" i pojam smjera električne struje. Usput, on je predložio da se "kretanje pozitivnog elektriciteta" (od plusa do minusa u vanjskom kolu) smatra smjerom struje.

Promatrajući otklon magnetne igle pod utjecajem struje koja teče kroz provodnik, Ampere je uspio formulirati pravilo koje omogućava da se odredi smjer otklona igle ovisno o smjeru struje u vodiču.

Ovo pravilo je u to vrijeme bilo nadaleko poznato kao „pravilo plivača” i bilo je formulirano na sljedeći način: „Ako se čovjek mentalno postavi tako da struja prolazi u smjeru od nogu posmatrača prema njegovoj glavi i tako da mu je lice okrenuto prema glavi. magnetne igle, tada će pod uticajem struje, severni pol magnetne igle uvek skrenuti ulevo.”

Amperove studije interakcije kružnih i linearnih struja bile su posebno važne. On je pristupio ovim studijama na osnovu sljedećeg rezonovanja: ako je magnet po svojim svojstvima sličan zavojnici ili prstenastom provodniku koji teče oko struje, tada bi dvije kružne struje trebale djelovati jedna na drugu kao dva magneta.

Otkrivši interakciju kružnih struja, Ampere je počeo istraživati ​​linearne struje. U tu svrhu napravio je takozvanu „amper mašinu“, u kojoj je jedan provodnik mogao da menja položaj u odnosu na drugi provodnik. Tokom ovih eksperimenata ustanovljeno je da se dvije linearne struje međusobno privlače ili odbijaju, ovisno o tome da li struje imaju isti ili različite smjerove.

Niz ovih eksperimenata omogućio je Ampereu da uspostavi zakon interakcije linearnih struja: “Dvije paralelne i identično usmjerene struje se međusobno pokreću, dok se dvije paralelne i suprotno usmjerene struje međusobno odbijaju.” Ampere je predložio da se otkriveni fenomeni nazovu "elektrodinamičkim" za razliku od elektrostatičkih pojava.

Sumirajući rezultate svog eksperimentalnog rada, Ampere je izveo matematički izraz za silu interakcije struja, baš kao što je to uradio Coulomb u odnosu na interakciju statičkih naelektrisanja. Ampere je ovaj problem riješio analitičkom tehnikom, zasnovanom na Newtonovim principima interakcije masa i upoređivanjem sa tim masama dva elementa struje, proizvoljno smještena u prostoru. Istovremeno, Ampere je pretpostavio da se interakcija strujnih elemenata odvija duž prave linije koja spaja sredine ovih elemenata i da je proporcionalna dužini strujnih elemenata i samih struja. Amperovi prvi memoari o interakciji električnih struja objavljeni su 1820.

Ampereovu elektrodinamičku teoriju on je izložio u svom eseju “Teorija elektrodinamičkih fenomena izvedenih isključivo iz iskustva”, objavljenom u Parizu 1826-1827. Amper je izveo dobro poznati matematički izraz za zakon interakcije između dva strujna elementa.

Na osnovu radova svojih prethodnika, kao i na osnovu važnih rezultata svojih istraživanja, Ampere je došao do suštinski novog zaključka o uzroku pojave magnetizma.

Poričući postojanje posebnih magnetnih fluida, Amper je tvrdio da je magnetno polje električnog porekla. On je sve magnetske pojave sveo na "čisto električna dejstva". Na osnovu identičnosti djelovanja kružnih struja i magneta, Ampere je došao do zaključka da je magnetizam čestice posljedica prisustva kružnih struja u ovoj čestici, a svojstva magneta u cjelini određuju električne struje. nalazi u ravninama okomitim na njegovu osu.

Ampere je naglasio da „... te struje oko ose magneta zaista postoje, ili, bolje rečeno, da je magnetizacija operacija kojom se česticama davala sposobnost da za te struje pobuđuju isto elektromotorno djelovanje koje postoji u naponskom stub... Magnetne pojave izaziva isključivo elektricitet... nema razlike između dva pola magneta, kao što je njihov položaj u odnosu na struje od kojih se taj magnet sastoji.”

Hipoteza o molekularnim kružnim strujama koju je razvio Ampere bila je novi progresivni korak ka materijalističkom tumačenju prirode magnetskih fenomena.

Amper je 1820. godine izrazio ideju o mogućnosti stvaranja elektromagnetnog telegrafa zasnovanog na interakciji provodnika sa strujom i magnetnom iglom. Međutim, Ampere je predložio da se uzme "onoliko provodnika i magnetnih igala koliko ima slova..., stavljajući svako slovo na zasebnu iglu." Očigledno, takav dizajn telegrafa bio bi vrlo glomazan i skup, što je očigledno spriječilo praktičnu implementaciju Ampereovog prijedloga. Bilo je potrebno neko vrijeme da se pronađe realističniji način za stvaranje telegrafa.

Značaj Ampereovog rada za nauku bio je veoma velik. Ampere je svojim istraživanjem dokazao jedinstvo elektriciteta i magnetizma i uvjerljivo opovrgnuo preovlađujuće ideje o magnetskom fluidu. Zakoni mehaničke interakcije električnih struja koje je on ustanovio spadaju među najveća otkrića u oblasti elektriciteta.

Amperov izuzetan doprinos dobio je najviše pohvale (1881.). Prvi međunarodni kongres električara jedinici struje je dodijelio naziv "Amper". Zasluženo je nazvan "Njutnom struje". Bio je član Pariške akademije nauka (od 1814.), i mnogih drugih akademija svijeta, uključujući i Sankt Peterburg (od 1830.).

Veselovsky O. N. Shneiberg A. Ya "Eseji o istoriji elektrotehnike"

Električni i magnetski fenomeni poznati su čovječanstvu od davnina, uostalom, munje su se viđale, a mnogi stari znali su za magnete koji privlače određene metale. Bagdadska baterija, izumljena prije 4000 godina, jedan je od dokaza da je mnogo prije naših dana čovječanstvo koristilo električnu energiju i očigledno znalo kako ona radi. Međutim, smatra se da su do početka 19. vijeka elektricitet i magnetizam uvijek razmatrani odvojeno jedan od drugog, prihvatani kao nepovezani fenomeni i da su pripadali različitim granama fizike.

Proučavanje magnetnog polja započelo je 1269. godine, kada je francuski naučnik Peter Peregrine (vitez Pierre od Mericourt) pomoću čeličnih igala označio magnetno polje na površini sfernog magneta i utvrdio da se nastale linije magnetnog polja sijeku u dvije tačke, što nazvao je "polovima" po analogiji sa polovima Zemlje.

Oersted je u svojim eksperimentima tek 1819. otkrio otklon igle kompasa koji se nalazi u blizini provodnika sa strujom, a onda je naučnik zaključio da postoji neka vrsta veze između električnih i magnetskih fenomena.

5 godina kasnije, 1824., Ampere je bio u stanju da matematički opiše interakciju provodnika sa strujom sa magnetom, kao i interakciju provodnika međusobno, pa se ispostavilo: „sila koja deluje na provodnik sa strujom smješteno u jednolično magnetsko polje proporcionalno je dužini provodnika, jakosti struje i sinusu ugla između vektora magnetske indukcije i provodnika."

Što se tiče učinka magneta na struju, Ampere je sugerirao da unutar stalnog magneta postoje mikroskopske zatvorene struje koje stvaraju magnetsko polje magneta, koje je u interakciji s magnetskim poljem provodnika koji nosi struju.

Na primjer, pomicanjem trajnog magneta u blizini provodnika, možete dobiti pulsirajuću struju u njemu, a primjenom pulsirajuće struje na jedan od zavojnica, na zajedničkom željeznom jezgru s kojim se nalazi drugi kalem, pulsirajuća struja će također se pojavljuju u drugom namotaju.

33 godine kasnije, 1864., Maksvel je bio u stanju da matematički generalizuje već poznate električne i magnetne fenomene - stvorio je teorija elektromagnetnog polja, prema kojem elektromagnetno polje uključuje međusobno povezana električna i magnetska polja. Tako je zahvaljujući Maxwellu postalo moguće naučno matematičko objedinjavanje rezultata prethodnih eksperimenata u elektrodinamici.

Posljedica ovih važnih Maxwellovih zaključaka bilo je njegovo predviđanje da bi, u principu, svaka promjena elektromagnetnog polja trebala dovesti do elektromagnetskih valova koji se šire u prostoru i u dielektričnim medijima određenom konačnom brzinom, koja ovisi o magnetskim i dielektričnim konstantama. medija za širenje talasa.

Za vakuum se ispostavilo da je ova brzina jednaka brzini svjetlosti, pa je Maxwell sugerirao da je svjetlost također elektromagnetski val, a ta je pretpostavka kasnije potvrđena (iako je mnogo prije Oerstedovih eksperimenata Jung ukazao na talasnu prirodu svjetlosti) .

Maxwell je stvorio matematičku osnovu elektromagnetizma, a 1884. godine pojavile su se poznate Maxwellove jednačine u svom modernom obliku. Godine 1887. Herc je potvrdio Maksvelovu teoriju o tome: prijemnik će snimati elektromagnetne talase koje šalje predajnik.

Klasična elektrodinamika proučava elektromagnetna polja. U okviru kvantne elektrodinamike, elektromagnetno zračenje se posmatra kao tok fotona, u kojem elektromagnetsku interakciju nose čestice nosača - fotoni - vektorski bozoni bez mase, koji se mogu predstaviti kao elementarne kvantne pobude elektromagnetnog polja. Dakle, foton je kvant elektromagnetnog polja sa stanovišta kvantne elektrodinamike.

Čini se da je elektromagnetna interakcija danas jedna od fundamentalnih interakcija u fizici, a elektromagnetno polje je jedno od osnovnih fizičkih polja zajedno sa gravitacionim i fermionskim poljima.

Fizička svojstva elektromagnetnog polja

Prisustvo električnog ili magnetskog polja, ili oboje, u prostoru može se ocijeniti djelovanjem sile koju elektromagnetno polje vrši na nabijenu česticu ili struju.

Električno polje djeluje na električna naboja, kako pokretna tako i nepokretna, određenom silom, ovisno o jačini električnog polja u datoj tački prostora u datom trenutku, i o vrijednosti probnog naboja q.

Poznavajući silu (veličinu i smjer) kojom električno polje djeluje na ispitni naboj i znajući veličinu naboja, možemo pronaći jačinu električnog polja E u datoj tački prostora.

Električno polje stvaraju električni naboji, njegove linije sile počinju na pozitivnim nabojima (uvjetno teku iz njih), a završavaju na negativnim nabojima (uvjetno se ulijevaju u njih). Dakle, električni naboji su izvori električnog polja. Drugi izvor električnog polja je promjenjivo magnetno polje, kao što je matematički prikazano Maxwellove jednadžbe.

Sila koja djeluje na električni naboj iz električnog polja dio je sile koja djeluje na dati naboj iz elektromagnetnog polja.

Magnetno polje nastaje pokretnim električnim nabojima (strujama) ili vremenskim promjenjivim električnim poljima (kao što svjedoče Maxwellove jednačine), a djeluje samo na pokretne električne naboje.

Sila magnetskog polja na pokretni naboj proporcionalna je indukciji magnetskog polja, veličini pokretnog naboja, brzini njegovog kretanja i sinusu ugla između vektora indukcije magnetskog polja B i smjera brzine naboj. Ova sila se često naziva Lorentzova sila, ali je samo njen „magnetski“ dio.

U stvari, Lorentzova sila uključuje električne i magnetske komponente. Magnetno polje nastaje kretanjem električnih naboja (struja), njegove linije sile su uvijek zatvorene i okružuju struju.

1. Supstance koje privlače gvozdene predmete nazivaju se...

2. Interakciju provodnika sa strujom i magnetne igle prvi je otkrio danski naučnik...

3. Između provodnika sa strujom nastaju sile interakcije koje se nazivaju...

4. Linije duž kojih se nalaze ose malih magnetnih iglica u magnetskom polju nazivaju se ...

5. Linije magnetnog polja su...krive koje obuhvataju provodnik.

6. Magnetno polje oko provodnika sa strujom može se detektirati, na primjer, ...

7. Ako je magnet slomljen na pola, onda prvi i drugi dio magneta imaju polove...

8. Tela koja dugo zadržavaju magnetizaciju nazivaju se...

9. Mesta magneta gde su magnetni efekti jači nazivaju se...

1. Oko provodnika koji vodi struju postoji...
2. Izvor magnetnog polja je...
3. Isti polovi magneta su..., a suprotni polovi su...

Test

Na temu: Magnetno polje i elektromagnetna indukcija.

Opcija 1

1. Ko je otkrio fenomen elektromagnetne indukcije?

A) Oersted; B) Privezak; B) Volta; D) Amper; D) Faraday; E) Maxwell

2. Vodovi zavojnice od bakrene žice su povezani na osjetljivi galvanometar. U kojem od sljedećih eksperimenata će galvanometar otkriti pojavu EMF EMF u zavojnici?

A) Trajni magnet je umetnut u zavojnicu;

B) Trajni magnet je uklonjen sa zavojnice;

B) Trajni magnet rotira oko svoje uzdužne ose unutar zavojnice.

3. Kako se zove fizička veličina jednaka umnošku modula B indukcije magnetskog polja na površinu S površine koju prodire magnetsko polje i kosinus ugla α između vektora indukcije B i normale n na ovu površinu?

A) Induktivnost; B) Magnetski fluks; B) Magnetna indukcija;

D) Samoindukcija; D) Energija magnetnog polja.

4. Koji od sljedećih izraza određuje indukovanu emf u zatvorenoj petlji?

A) B) C) D)

5. Kada se trakasti magnet gurne u i iz metalnog prstena, u prstenu se javlja indukovana struja. Ova struja stvara magnetno polje. Koji je pol okrenut prema magnetnom polju struje u prstenu: 1) gurnuti sjeverni pol magneta; 2) uvlačivi sjeverni pol magneta.

A) 1-sjeverna, 2-sjeverna; B) 1 – južni, 2 – južni;

B) 1 – južni, 2 – sjeverni; D) 1 – sjeverni, 2 – južni.

6. Kako se zove mjerna jedinica magnetnog fluksa?

A) Tesla; B) Weber; B) Gauss; D) Farad; D) Henry.

7. Mjerna jedinica koje fizičke veličine je 1 Henry?

A) Indukcija magnetnog polja; B) Električni kapaciteti; B) Samoindukcija;

D) magnetni fluks; D) Induktivnost.

8. Koji izraz određuje odnos između samoindukcije i jačine struje u zavojnici?

A) B) C) D)

9. Koja jačina struje u kolu sa induktivnošću od 5 mH stvara magnetni fluks F=2*10 -2 Wb?

10. Kolika je vrijednost energije magnetskog polja zavojnice induktiviteta 5 H. Sa jačinom struje od 400 mA.

11. Magnetni fluks kroz kolo za 5 * 10 -2 s ravnomjerno se smanjio sa 10 mWb na 0 mWb. Kolika je vrijednost inducirane emf u kolu za to vrijeme?

A) 510 V; B) 0,1V; B) 0,2 V; D) 0,4 V; D) 1 V; E) 2 V.

12. Kabl koji sadrži 150 žila, od kojih svaka ima struju od 50 mN, postavljen je u magnetsko polje indukcije od 1,7 Tesla, okomito na smjer struje. Aktivna dužina sajle je 60 cm. Odredite silu koja deluje na sajlu.

Opcija 2

1. Kako se zove pojava pojave električne struje u zatvorenom kolu kada se promijeni magnetni tok kroz kolo?

A) Elektrostatička indukcija; B) Fenomen magnetizacije;

B) Amperska sila; D) Lorentzova sila; D) Elektroliza;

F. Aragovo otkriće zainteresovalo je njegovog sunarodnika A. Amperea (1775-1836) i on je sproveo eksperimente sa paralelnim provodnicima sa strujama i otkrio njihovu interakciju (vidi sliku). Amper je pokazao da ako struje u istim smjerovima teku u vodičima, onda se takvi provodnici međusobno privlače (lijeva strana slike). U slučaju struja suprotnih smjerova, njihovi provodnici se međusobno odbijaju (desna strana slike). Kako objasniti takve rezultate?

Prvo je trebalo pretpostaviti da u prostoru koji okružuje jednosmerne struje i trajne magnete nastaju polja sila koja se nazivaju magnetna polja. Za njihov grafički prikaz prikazane su linije sile - to su linije u čijoj se tački nalazi magnetna igla postavljena u polje tangentna na ovu liniju. Ove linije su prikazane kao "guste" ili "rijetke" ovisno o vrijednosti sile koja djeluje iz magnetnog polja.

Drugo, bilo je potrebno provesti eksperimente i shvatiti da su linije polja ravnog vodiča sa strujom koncentrične (divergentne od zajedničkog centra) kružnice. Linije sile se mogu „vidjeti“ ako se provodnici provuku kroz staklo na koje se posipaju fina gvozdena strugotina. Štoviše, bilo je potrebno pogoditi "pripisati" određeni smjer dalekovodima ovisno o smjeru struje u vodiču. Odnosno, uvesti u fiziku „pravilo gimleta“ ili, što je isto, „pravilo desne ruke“, vidi sliku ispod.

Treće, bilo je potrebno provesti eksperimente i uvesti “pravilo lijeve ruke” u fiziku kako bi se odredio smjer sile koja djeluje na provodnik sa strujom koji je smješten u magnetskom polju, mjesto i smjer linija polja. od kojih su poznati. I tek nakon toga, koristeći pravilo desne ruke dva puta i pravilo lijeve ruke četiri puta, mogao se objasniti Amperov eksperiment.

Linije polja paralelnih vodiča koji vode struju su koncentrični krugovi koji "divergiraju" oko svakog vodiča, uključujući mjesto gdje se nalazi drugi provodnik. Dakle, na njega djeluje magnetsko polje koje stvara prvi provodnik, i obrnuto: magnetsko polje koje stvara drugi provodnik dopire do prvog i djeluje na njega. Pravac linija sile određen je pravilom desne ruke, a smjer utjecaja na provodnik pravilom lijeve strane.

Na sličan način objašnjavaju se i ostali prethodno razmotreni eksperimenti: oko magneta ili provodnika sa strujom postoji magnetsko polje, po čijem se položaju linija polja može suditi o smjeru i veličini magnetskog polja, kao i kako djeluje na provodnike.

(C) 2011. “Fizika.ru” uz učešće Krayuhina T.E. (regija Nižnji Novgorod, Sergač)

Iskustvo pokazuje da provodnici kroz koje teku električne struje međusobno djeluju. Tako se, na primjer, dva tanka ravna paralelna vodiča međusobno privlače ako se smjerovi struja koje teku u njima poklapaju, a odbijaju se ako su smjerovi struja suprotni (slika 2).

Rice. 2. Interakcija paralelnih provodnika sa strujom.

Eksperimentalno određena sila interakcije između provodnika, po jedinici dužine provodnika (tj. koja djeluje na 1 m provodnika) izračunava se po formuli:

,

Gdje I – jačina struje u provodnicima, – udaljenost između njih u SI sistemu,
- takozvana magnetna konstanta (
).

Komunikacija između električnih i magnetna
konstanta je određena relacijom:

Gdje = 3·10 8 m/s – brzina svjetlosti u vakuumu.

Na osnovu empirijske formule za
instaliran SI jedinica struje je amper (A).

Amper- jačina takve nepromjenjive struje, koja, prolazeći kroz dva ravna vodiča beskonačne dužine i zanemarljivo malog kružnog poprečnog presjeka, smještena u vakuumu na udaljenosti od 1 m jedan od drugog, uzrokuje među njima interakcijsku silu jednaku 2 ·10 -7 N po 1 m dužine.

Dakle, kada električna struja teče kroz provodnik, dolazi do nekih promjena u prostoru koji ga okružuje, što uzrokuje interakciju provodnika sa strujom i okretanje magnetne igle u blizini provodnika sa strujom. Tako smo došli do zaključka da se interakcija između magneta, provodnika i struje, između vodiča sa strujom odvija kroz materijalni medij tzv. magnetno polje. Iz Oerstedovog eksperimenta slijedi da magnetsko polje ima usmerenog karaktera, budući da ugao rotacije strelice zavisi od veličine i smera struje koja teče. To potvrđuju i eksperimenti o interakciji provodnika sa strujom.

1.3. Indukcija magnetnog polja

Razmotrite interakciju ravnog provodnika sa strujom sa magnetnim poljem potkovičastog magneta. U zavisnosti od smera struje, provodnik se izvlači ili gura iz magneta (slika 3).

Rice. 3. Interakcija pravog provodnika sa strujom sa magnetnim poljem potkovičastog magneta.

Došli smo do zaključka da sila djeluje na provodnik sa strujom koji se nalazi u magnetskom polju. Štaviše, ova sila zavisi od dužine vodiča i veličine struje koja teče kroz njega, kao i od njegove orijentacije u prostoru. Možete pronaći položaj provodnika u magnetskom polju kada ova sila će maksimum. Ovo nam omogućava da uvedemo koncept sile karakteristične za magnetsko polje.

Karakteristika jačine magnetnog polja je fizička veličina, definisana u ovom slučaju kao

,

Dobila je ime indukcija magnetnog polja. Evo
- maksimalna sila koja djeluje na provodnik sa strujom u magnetskom polju, - dužina provodnika, - jačina struje u njemu.

tesla
.

1 T je indukcija magnetskog polja koje djeluje silom od 1 N po metru dužine ravnog vodiča koji se nalazi okomito na smjer polja, ako kroz provodnik teče struja od 1 A:

1 T=1 N/(A m).

Indukcija magnetnog polja je vektorska veličina. Smjer vektor magnetne indukcije u našem slučaju to je povezano sa pravcima I pravilo lijeve ruke(slika 4):

ako su ispruženi prsti usmjereni u smjeru struje u vodiču, a linije magnetskog polja ulaze u dlan, tada će savijeni palac ukazati na smjer sile , djelujući na provodnik sa strujom iz magnetnog polja.

Rice. 4. Pravilo lijeve ruke

Numerička vrijednost vektora može se odrediti i kroz moment sila koje djeluju na okvir sa strujom u magnetskom polju:

,

- maksimalni moment koji djeluje na okvir sa strujom u magnetskom polju, - površina okvira, - jačina struje u njemu.

Za smjer vektora

Jedinica mjerenja vektora magnetske indukcije je tesla
.

Za smjer vektora u ovom slučaju (slika 5) uzima se pravac normale do ravni zavojnice, odabranog tako da gleda prema , struja bi tekla u smjeru suprotnom od kazaljke na satu duž okreta.

Rice. 5. Orijentaciono dejstvo magnetnog polja na okvir sa strujom.

Linije magnetnog polja (linije magnetnog polja ) su prave, u čijoj tački je vektor usmjerena tangencijalno na njih.

Modul magnetske indukcije je proporcionalan gustini linija polja, tj. broj linija koje sijeku površinu jedinice površine okomito na ove prave.

Tabela 1 prikazuje obrasce polja polja za različita magnetna polja.

Tako je, na primjer, određen smjer linija magnetske indukcije ravne žice sa strujom pravilo gimleta (ili "desni vijak"):

ako se smjer translacijskog kretanja gimleta poklapa sa smjerom struje u provodniku, tada se smjer rotacije ručke gimleta poklapa sa smjerom vektora magnetske indukcije.

Dakle, linije magnetskog polja beskonačnog pravog vodiča sa strujom su koncentrične kružnice koje leže u ravni okomitoj na provodnik. Sa povećanjem radijusa r krug, veličina vektora indukcije magnetskog polja opada.

Za trajni magnet, smjer linija magnetskog polja uzima se od sjevernog pola magneta N prema južnom S.

Obrazac linija magnetnog polja za solenoid je zapanjujuće sličan obrascu linija magnetnog polja za trajni magnet. To je sugeriralo da postoji mnogo malih krugova koji vode struju unutar magneta. Solenoid se također sastoji od takvih krugova - zavoja. Otuda sličnost magnetnih polja.

Tabela 1

Linije magnetnog polja

Tabela 1 (nastavak)

Princip superpozicije za vektor : rezultirajuća indukcija polja u određenoj tački jednaka je vektorskom zbroju indukcija pojedinačnih polja:

.

Važna karakteristika vodova magnetne indukcije je da nemaju ni početak ni kraj, tj. vodovi magnetne indukcije su uvijek zatvoreni. Po tome se magnetno polje razlikuje od elektrostatičkog. Njegove linije sile imaju izvore: počinju na pozitivnim nabojima i završavaju na negativnim.

Polja sa zatvorenim linijama polja se nazivaju vortex. Magnetno polje – vrtložno polje. Zatvorenost vodova magnetne indukcije je osnovno svojstvo magnetnog polja. Leži u činjenici da U prirodi nema magnetnih naboja. Izvori magnetnog polja su pokretnih električnih naboja.