Extinderea și aprofundarea cercetărilor asupra fenomenelor electrice a condus la descoperirea și studiul de noi proprietăți ale curentului electric. În 1820 au fost publicate și demonstrate experimentele lui G. H. Oersted privind observarea acțiunii curentului asupra unui ac magnetic, care au stârnit un mare interes în rândul oamenilor de știință din diferite țări și au fost aprofundate și dezvoltate în continuare în lucrările lor.

Mica broșură (mai puțin de 5 pagini) a lui Oersted „Experimente privind efectul conflictului electric asupra acului magnetic” a creat senzație în rândul fizicienilor europeni.

De remarcată este concluzia lui Oersted că „conflictul electric” (adică, contra-mișcarea „materiei electrice” pozitive și negative) într-un conductor „... nu se limitează la firul conducător, ci are o sferă largă de activitate în jurul acestuia. sârmă... Acest conflict formează un vârtej în jurul sârmei.”

Este evident că Oersted s-a înșelat crezând că acul magnetic este afectat de ciocnirea electricității eterogene. Dar Oersted a făcut o presupunere despre legătura dintre fenomenele electrice și magnetice într-una dintre lucrările sale, publicată în 1812: „Ar trebui testat dacă electricitatea în stadiul ei cel mai ascuns nu produce niciun efect asupra magnetului, ca atare”.

La scurt timp după publicarea acestei broșuri (în 1820), fizicianul german Johann X. S. Schweigger (1779-1857) a propus utilizarea deviației unui ac magnetic de către un curent electric pentru a crea primul instrument de măsurare - un indicator de curent.

Dispozitivul său, numit „multiplicator” (adică înmulțire), era un ac magnetic plasat într-un cadru format din spire de sârmă. Cu toate acestea, din cauza influenței magnetismului pământesc asupra acului magnetic al multiplicatorului, citirile sale au fost inexacte.

Ampere în 1821 a arătat posibilitatea eliminării influenței magnetismului terestru cu ajutorul unei perechi astatice, care este un ac magnetic inferior montat pe o axă comună de cupru și situat paralel unul cu celălalt, cu polii orientați în direcții opuse.

În 1825, profesorul florentin Leopoldo Pobili (1784-1835) a combinat un cuplu astatic cu un multiplicator și a creat astfel un dispozitiv mai sensibil - prototipul unui galvanometru.

În 1820, D. F. Arago a descoperit un nou fenomen - magnetizarea unui conductor de către un curent care trece prin el. Dacă un fir de cupru conectat la polii unei coloane voltaice ar fi scufundat în pilitură de fier, acesta din urmă s-ar lipi uniform de el. Când curentul a fost întrerupt, rumegușul a rămas în urmă. Când Arago a luat sârmă de fier (din fier moale) în loc de sârmă de cupru, acesta a fost temporar magnetizat. O bucată de oțel cu o astfel de magnetizare a devenit un magnet permanent.

La recomandarea lui Ampere, Arago a înlocuit firul drept cu o spirală de sârmă, în timp ce magnetizarea acului plasat în interiorul spiralei a crescut. Așa a fost creat solenoidul. Experimentele lui Arago au fost primele care au demonstrat natura electrică a magnetismului și posibilitatea de a magnetiza oțelul cu curent electric.

În procesul cercetării, Arago a descoperit (în 1824) un alt fenomen nou, pe care l-a numit „magnetism de rotație” și a constat în faptul că atunci când o placă de metal (cupru) se rotește deasupra unui ac magnetic (sau sub acesta), acesta din urmă și el. intră în rotație. Nici Arago însuși, nici Ampere nu au putut explica acest fenomen. Explicația corectă a acestui fenomen a fost dată de Faraday abia după descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică.

Un nou pas de la observațiile calitative ale acțiunii curentului asupra unui magnet la determinarea dependențelor cantitative a fost stabilirea de către oamenii de știință francezi Jean Baptiste Biot (1774-1862) și Felix Savard (1791-1841) a legii acțiunii curentului. pe un magnet.

După efectuarea unei serii de experimente, ei au stabilit (1820) următoarele: „dacă un fir de lungime nelimitată prin care trece un curent de volt acţionează asupra unei particule de magnetism nordic sau sudic situată la o distanţă cunoscută de mijlocul firului, atunci rezultanta tuturor forțelor care emană de la sârmă este direcționată perpendicular pe cea mai scurtă distanță a particulei de sârmă, iar efectul total al firului asupra oricărui element magnetic (sud sau nord) este invers proporțional cu distanța acestuia din urmă la firul."

Descoperirea componentei tangențiale a forței a făcut posibilă explicarea naturii de rotație a mișcării conductorului față de magnet. Omul de știință francez Pierre Simon Laplace (1749-1827) a arătat ulterior că forța creată de o mică secțiune a unui conductor variază invers cu pătratul distanței.

Cea mai importantă semnificație științifică și metodologică în extinderea studiului noilor fenomene au fost lucrările unuia dintre cei mai mari oameni de știință francezi, André Marie Ampere (1775-1836), care a pus bazele electrodinamicii.

Ampere era o persoană neobișnuit de dotată în mod natural. În ciuda faptului că nu a avut ocazia să studieze la școală, nu a avut profesori, cu excepția tatălui său, un om de afaceri foarte educat, cu o tenacitate uimitoare, stăpânind independent cunoștințele, a devenit unul dintre cei mai educați oameni ai timpului său.

Fizica si matematica, astronomia si chimia, zoologia si filozofia - in toate aceste stiinte cunostintele enciclopedice ale lui Ampere s-au manifestat clar. Avea doar 13 ani când și-a prezentat prima lucrare de matematică Academiei de Științe, Litere și Arte din Lyon. Până la vârsta de 14 ani, studiase toate cele 20 de volume ale faimoasei „Enciclopedii” a lui Diderot și d’Alembert, iar până la 18 ani, studiase perfect lucrările lui L. Euler, D. Boriulli și J. Lagrange. , cunoștea latină și mai multe limbi străine.

Viața personală a lui Ampère a fost plină de evenimente tragice: în vârstă de 18 ani, a fost șocat de execuția în ghilotina a tatălui său ca susținător al Girondinilor (1793), câțiva ani mai târziu și-a înmormântat iubita soție; Soarta fiicei sale a fost foarte tristă - a provocat o boală de inimă gravă, care l-a adus în mormânt.

Dar, în ciuda tensiunii nervoase enorme, Ampere a reușit să găsească puterea de a se angaja neobosit în cercetări științifice fundamentale și de a aduce o contribuție nestingherită la vistieria civilizației mondiale.

Cercetările sale în domeniul electromagnetismului au deschis o nouă pagină în istoria ingineriei electrice. Și când studiam aceste fenomene, abilitățile uimitoare ale lui Ampere s-au manifestat în mod clar.

El a aflat pentru prima dată despre experimentele lui Oersted la o întâlnire a Academiei de Științe din Paris, unde au fost repetate de Arago în timpul mesajului său. Împreună cu admirația, Ampere a simțit intuitiv importanța acestei descoperiri, deși nu a studiat anterior fenomenele electromagnetice.

Și exact o săptămână mai târziu (doar o săptămână!), pe 18 septembrie 1820, Ampere vorbește la o ședință a Academiei cu un raport despre interacțiunea curenților și magneților, iar apoi aproape la rând - săptămână după săptămână (întâlnirile Academiei de Științe au avut loc săptămânal) el prezintă rezultatele principalelor oameni de știință francezi generalizările sale experimentale și teoretice, care s-au reflectat ulterior în celebra sa lucrare despre electrodinamică.

Într-una dintre scrisorile sale, Ampere subliniază că el „a creat o nouă teorie a magnetului, reducând toate fenomenele la fenomenele de galvanism”. Logica generalizărilor sale este izbitoare: dacă un curent este un magnet, atunci doi curenți trebuie să interacționeze ca niște magneți. Acum, acest lucru pare evident, dar înainte de Ampere nimeni nu a subliniat asta atât de clar. Cunoștințe strălucitoare în domeniul matematicii i-au permis lui Ampere să-și generalizeze teoretic cercetările și să formuleze celebra lege care îi poartă numele.

Lucrarea filozofică a lui Ampere „Eseu despre filosofia științelor sau o expunere analitică a clasificării naturale a tuturor cunoștințelor umane” (1834) merită atenție. În zilele noastre, au fost publicate multe lucrări despre studii științifice, „știința științelor”. Cu „Clasificarea” sa, Ampere a pus bazele acestui important domeniu al cunoașterii științifice în urmă cu mai bine de o sută de ani.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra lucrărilor lui Ampere în domeniul electromagnetismului.

Să remarcăm în primul rând că Ampere a fost primul care a introdus termenul „curent electric” și conceptul de direcție a curentului electric. Apropo, el a propus să considere „mișcarea electricității pozitive” (de la plus la minus într-un circuit extern) ca direcție a curentului.

Observând deviația unui ac magnetic sub influența curentului care trece printr-un conductor, Ampere a reușit să formuleze o regulă care să permită determinarea direcției de deviere a acului în funcție de direcția curentului în conductor.

Această regulă era la acea vreme cunoscută pe scară largă ca „regula înotătorului” și era formulată astfel: „Dacă o persoană se poziționează mental astfel încât curentul să treacă în direcția de la picioarele observatorului către cap și astfel încât fața să fie întoarsă spre acul magnetic, apoi sub influența curentului, polul nord al acului magnetic se va abate întotdeauna spre stânga.”

Studiile lui Ampere asupra interacțiunilor curenților circulari și liniari au fost deosebit de importante. El a abordat aceste studii pe baza următorului raționament: dacă un magnet este similar ca proprietăți cu o bobină sau un conductor inel care curge în jurul unui curent, atunci doi curenți circulari ar trebui să acționeze unul asupra celuilalt ca doi magneți.

După ce a descoperit interacțiunea curenților circulari, Ampere a început să cerceteze curenții liniari. În acest scop, a construit așa-numita „mașină Ampere”, în care un conductor își putea schimba poziția față de un alt conductor. În timpul acestor experimente, s-a constatat că doi curenți liniari se atrag sau se resping reciproc, în funcție de faptul că curenții au aceeași direcție sau diferit.

O serie de aceste experimente i-au permis lui Ampere să stabilească legea interacțiunii curenților liniari: „Doi curenți paraleli și dirijați identic sunt conduși reciproc, în timp ce doi curenți paraleli și dirijați în sens opus sunt respinși reciproc.” Ampere a propus să numească fenomenele descoperite „electrodinamice” în contrast cu fenomenele electrostatice.

Rezumând rezultatele muncii sale experimentale, Ampere a derivat o expresie matematică pentru forța de interacțiune a curenților, la fel cum a făcut Coulomb în legătură cu interacțiunea sarcinilor statice. Ampere a rezolvat această problemă folosind o tehnică analitică, bazată pe principiile lui Newton ale interacțiunii maselor și asemănând cu aceste mase două elemente de curent, situate arbitrar în spațiu. În același timp, Ampere a presupus că interacțiunea elementelor curente are loc de-a lungul unei linii drepte care leagă mijlocul acestor elemente și că este proporțională cu lungimea elementelor curente și curenții înșiși. Primele memorii ale lui Ampere despre interacțiunea curenților electrici au fost publicate în 1820.

Teoria electrodinamică a lui Ampere a fost expusă în eseul său „Teoria fenomenelor electrodinamice deduse exclusiv din experiență”, publicat la Paris în 1826-1827. Ampere a derivat expresia matematică binecunoscută pentru legea interacțiunii dintre două elemente curente.

Pe baza lucrărilor predecesorilor săi, precum și a rezultatelor importante ale cercetării sale, Ampere a ajuns la o concluzie fundamental nouă despre cauza fenomenelor de magnetism.

Negând existența fluidelor magnetice speciale, Ampere a susținut că câmpul magnetic este de origine electrică. El a redus toate fenomenele magnetice la „acțiuni pur electrice”. Pe baza identității acțiunii curenților circulari și a magneților, Ampere a ajuns la concluzia că magnetismul unei particule se datorează prezenței curenților circulari în această particule, iar proprietățile unui magnet în ansamblu sunt determinate de curenții electrici. situate în planuri perpendiculare pe axa sa.

Ampere a subliniat că „... acești curenți în jurul axei magnetului există cu adevărat sau, mai degrabă, că magnetizarea este o operație prin care particulele au început să primească capacitatea de a excita pentru acești curenți aceeași acțiune electromotoare care există într-un voltaic. coloană... Fenomenele magnetice sunt cauzate exclusiv de electricitate... nu există nicio diferență între cei doi poli ai unui magnet, ca poziția lor față de curenții din care este compus acel magnet.”

Ipoteza curenților circulari moleculari dezvoltată de Ampere a fost un nou pas progresiv către o interpretare materialistă a naturii fenomenelor magnetice.

Ampere în 1820 a exprimat ideea posibilității de a crea un telegraf electromagnetic bazat pe interacțiunea unui conductor cu curentul și un ac magnetic. Cu toate acestea, Ampere a sugerat să luați „atât de mulți conductori și ace magnetice câte litere există..., plasând fiecare literă pe un ac separat”. Evident, un astfel de design de telegraf ar fi foarte greoi și costisitor, ceea ce aparent a împiedicat implementarea practică a propunerii lui Ampere. A durat ceva timp pentru a găsi o modalitate mai realistă de a crea un telegraf.

Semnificația lucrării lui Ampere pentru știință a fost foarte mare. Prin cercetările sale, Ampere a dovedit unitatea electricității și magnetismului și a respins în mod convingător ideile predominante despre fluidul magnetic. Legile interacțiunii mecanice a curenților electrici stabilite de el se numără printre cele mai mari descoperiri în domeniul electricității.

Contribuția remarcabilă a lui Ampere a primit cele mai mari laude (în 1881). Primul Congres Internațional al Electricienilor a atribuit numele „Ampere” unității de curent. A fost numit pe bună dreptate „Newtonul electricității”. A fost membru al Academiei de Științe din Paris (din 1814) și al multor alte academii din lume, inclusiv Sankt Petersburg (din 1830).

Veselovsky O. N. Shneyberg A. Ya „Eseuri despre istoria ingineriei electrice”

Fenomenele electrice și magnetice sunt cunoscute omenirii încă din cele mai vechi timpuri, la urma urmei, fulgerele au fost văzute, iar mulți antici știau despre magneții care atrag anumite metale. Bateria de la Bagdad, inventată în urmă cu 4000 de ani, este una dintre dovezile că, cu mult înainte de zilele noastre, omenirea folosea electricitate și se pare că știa cum funcționează. Cu toate acestea, se crede că până la începutul secolului al XIX-lea, electricitatea și magnetismul au fost întotdeauna considerate separat unul de celălalt, acceptate ca fenomene fără legătură și aparțineau diferitelor ramuri ale fizicii.

Studiul câmpului magnetic a început în 1269, când omul de știință francez Peter Peregrine (Cavalerul Pierre de Mericourt) a marcat câmpul magnetic pe suprafața unui magnet sferic folosind ace de oțel și a determinat că liniile de câmp magnetic rezultate se intersectează în două puncte, ceea ce el a numit „poli.” prin analogie cu polii Pământului.

Oersted, în experimentele sale, abia în 1819 a descoperit devierea unui ac de busole situat lângă un conductor care transportă curent, iar apoi omul de știință a concluzionat că există un fel de relație între fenomenele electrice și magnetice.

5 ani mai târziu, în 1824, Ampere a reușit să descrie matematic interacțiunea unui conductor purtător de curent cu un magnet, precum și interacțiunea conductorilor între ei, așa că a apărut: „forța care acționează asupra unui conductor purtător de curent. plasat într-un câmp magnetic uniform este proporțional cu lungimea conductorului, puterea curentului și sinusul unghiului dintre vectorul de inducție magnetică și conductor."

În ceea ce privește efectul unui magnet asupra curentului, Ampere a sugerat că în interiorul unui magnet permanent există curenți microscopici închisi, care creează câmpul magnetic al magnetului, care interacționează cu câmpul magnetic al conductorului purtător de curent.

De exemplu, prin deplasarea unui magnet permanent în apropierea unui conductor, puteți obține un curent pulsatoriu în acesta, iar prin aplicarea unui curent pulsatoriu uneia dintre bobine, pe un miez comun de fier cu care se află a doua bobină, se va produce un curent pulsatoriu. apar și în a doua bobină.

33 de ani mai târziu, în 1864, Maxwell a reușit să generalizeze matematic fenomenele electrice și magnetice deja cunoscute - el a creat teoria câmpului electromagnetic, conform căreia câmpul electromagnetic include câmpuri electrice și magnetice interconectate. Astfel, datorită lui Maxwell, unificarea matematică științifică a rezultatelor experimentelor anterioare în electrodinamică a devenit posibilă.

O consecință a acestor concluzii importante ale lui Maxwell a fost predicția sa că, în principiu, orice modificare a câmpului electromagnetic ar trebui să dea naștere undelor electromagnetice care se propagă în spațiu și în medii dielectrice cu o anumită viteză finită, care depinde de constantele magnetice și dielectrice. a mediului de propagare a undelor.

Pentru vid, această viteză s-a dovedit a fi egală cu viteza luminii și, prin urmare, Maxwell a sugerat că lumina este, de asemenea, o undă electromagnetică, iar această presupunere a fost confirmată mai târziu (deși cu mult înainte de experimentele lui Oersted, Jung a subliniat natura ondulatorie a luminii) .

Maxwell a creat baza matematică a electromagnetismului, iar în 1884 celebrele ecuații Maxwell au apărut în forma lor modernă. În 1887, Hertz a confirmat teoria lui Maxwell referitoare la: receptorul va înregistra undele electromagnetice trimise de transmițător.

Electrodinamica clasică studiază câmpurile electromagnetice. În cadrul electrodinamicii cuantice, radiația electromagnetică este considerată ca un flux de fotoni, în care interacțiunea electromagnetică este purtată de particule purtătoare - fotoni - bosoni vectoriali fără masă, care pot fi reprezentate ca excitații cuantice elementare ale câmpului electromagnetic. Astfel, un foton este un cuantum al câmpului electromagnetic din punctul de vedere al electrodinamicii cuantice.

Interacțiunea electromagnetică pare astăzi a fi una dintre interacțiunile fundamentale din fizică, iar câmpul electromagnetic este unul dintre câmpurile fizice fundamentale, alături de câmpurile gravitaționale și de fermion.

Proprietățile fizice ale câmpului electromagnetic

Prezența unui câmp electric sau magnetic, sau a ambelor, în spațiu poate fi judecată după acțiunea forței exercitată de câmpul electromagnetic asupra unei particule încărcate sau asupra unui curent.

Câmpul electric acționează asupra sarcinilor electrice, atât în ​​mișcare, cât și staționare, cu o anumită forță, în funcție de intensitatea câmpului electric într-un punct dat din spațiu la un moment dat și de valoarea sarcinii de încercare q.

Cunoscând forța (magnitudinea și direcția) cu care acționează câmpul electric asupra sarcinii de testare și știind mărimea sarcinii, putem găsi intensitatea câmpului electric E într-un punct dat din spațiu.

Câmpul electric este creat de sarcini electrice, liniile sale de forță încep pe sarcini pozitive (curg condiționat din ele) și se termină cu sarcini negative (curg condiționat în ele). Astfel, sarcinile electrice sunt surse de câmp electric. O altă sursă de câmp electric este un câmp magnetic în schimbare, așa cum se arată matematic Ecuațiile lui Maxwell.

Forța care acționează asupra unei sarcini electrice din câmpul electric este parte din forța care acționează asupra unei sarcini date din câmpul electromagnetic.

Un câmp magnetic este creat de sarcini electrice în mișcare (curenți) sau câmpuri electrice care variază în timp (după cum se evidențiază prin ecuațiile lui Maxwell) și acționează numai asupra sarcinilor electrice în mișcare.

Forța câmpului magnetic asupra unei sarcini în mișcare este proporțională cu inducția câmpului magnetic, mărimea sarcinii în mișcare, viteza mișcării acesteia și sinusul unghiului dintre vectorul de inducție a câmpului magnetic B și direcția vitezei de taxa. Această forță este adesea numită forța Lorentz, dar este doar partea „magnetică” a acesteia.

De fapt, forța Lorentz include componente electrice și magnetice. Un câmp magnetic este creat prin mișcarea sarcinilor electrice (curenți), liniile sale de forță sunt întotdeauna închise și înconjoară curentul.

1. Substantele care atrag obiectele de fier se numesc...

2. Interacțiunea unui conductor cu curentul și un ac magnetic a fost descoperită pentru prima dată de un om de știință danez...

3. Forțele de interacțiune apar între conductorii purtători de curent, care se numesc...

4. Liniile de-a lungul cărora axele acelor mici magnetice sunt situate într-un câmp magnetic se numesc ...

5. Liniile de câmp magnetic sunt...curbe care înconjoară un conductor.

6. Câmpul magnetic din jurul unui conductor care poartă curent poate fi detectat, de exemplu, ...

7. Dacă un magnet este rupt în jumătate, atunci prima bucată și a doua bucată a magnetului au poli...

8. Corpurile care păstrează magnetizarea mult timp se numesc...

9. Locurile magnetului unde efectele magnetice sunt mai puternice se numesc...

1. În jurul unui conductor care transportă curent există...
2. Sursa câmpului magnetic este...
3. Aceiași poli ai unui magnet sunt..., iar polii opuși sunt...

Test

Pe tema: Câmp magnetic și inducție electromagnetică.

Opțiunea 1

1. Cine a descoperit fenomenul inducției electromagnetice?

A) Oersted; B) Pandantiv; B) Volta; D) Amperi; D) Faraday; E) Maxwell

2. Cablurile bobinei de sârmă de cupru sunt conectate la un galvanometru sensibil. În care dintre următoarele experimente va detecta galvanometrul apariția EMF EMF în bobină?

A) Un magnet permanent este introdus în bobină;

B) Un magnet permanent este scos din bobină;

B) Un magnet permanent se rotește în jurul axei sale longitudinale în interiorul unei bobine.

3. Care este numele mărimii fizice egale cu produsul modulului B al inducției câmpului magnetic cu aria S a suprafeței pătrunse de câmpul magnetic și cosinusul unghiului α dintre vectorul de inducție B și normalul? n la această suprafață?

A) Inductanță; B) Flux magnetic; B) Inducția magnetică;

D) Auto-inducere; D) Energia câmpului magnetic.

4. Care dintre următoarele expresii determină fem-ul indus într-o buclă închisă?

A B C D)

5. Când un magnet de bandă este împins într-un inel metalic și în afara acestuia, în inel apare un curent indus. Acest curent creează un câmp magnetic. Care pol se confruntă cu câmpul magnetic al curentului din inel: 1) polul nord împins al magnetului; 2) polul nord retractabil al magnetului.

A) 1-nord, 2-nord; B) 1 – sudic, 2 – sud;

B) 1 – sud, 2 – nord; D) 1 – nordic, 2 – sud.

6. Cum se numește unitatea de măsură a fluxului magnetic?

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

7. Unitatea de măsură a ce mărime fizică este 1 Henry?

A) Inducerea câmpului magnetic; B) Capacitate electrice; B) Auto-inducere;

D) flux magnetic; D) Inductanță.

8. Ce expresie determină relația dintre auto-inducție și puterea curentului în bobină?

A B C D)

9. Ce putere de curent într-un circuit cu o inductanță de 5 mH creează un flux magnetic Ф=2*10 -2 Wb?

10. Care este valoarea energiei câmpului magnetic al unei bobine cu o inductanță de 5 H. Cu o putere de curent de 400 mA.

11. Fluxul magnetic prin circuit în 5 * 10 -2 s a scăzut uniform de la 10 mWb la 0 mWb. Care este valoarea FEM indusă în circuit în acest timp?

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

12. Un cablu care conține 150 de miezuri, fiecare transportând un curent de 50 mN, este plasat într-un câmp magnetic cu o inducție de 1,7 Tesla, perpendicular pe direcția curentului. Lungimea activă a cablului este de 60 cm.Determinați forța care acționează asupra cablului.

Opțiunea 2

1. Cum se numește fenomenul de apariție a curentului electric într-un circuit închis când se modifică fluxul magnetic prin circuit?

A) Inductie electrostatica; B) Fenomenul de magnetizare;

B) Forța Amperi; D) forța Lorentz; D) Electroliza;

Descoperirea lui F. Arago l-a interesat pe compatriotul său A. Ampere (1775-1836), iar el a efectuat experimente cu conductori paraleli cu curenți și a descoperit interacțiunea acestora (vezi figura). Ampere a arătat că, dacă curenții în aceleași direcții curg în conductori, atunci astfel de conductori sunt atrași unul de celălalt (partea stângă a figurii). În cazul curenților de direcții opuse, conductorii acestora se resping (partea dreaptă a figurii). Cum să explic astfel de rezultate?

În primul rând, a fost necesar să ghicim că în spațiul care înconjoară curenții continui și magneții permanenți apar câmpuri de forță numite câmpuri magnetice. Pentru reprezentarea lor grafică, sunt reprezentate linii de forță - acestea sunt linii în fiecare punct în care se află un ac magnetic plasat în câmp tangent la această linie. Aceste linii sunt descrise ca „dense” sau „rare”, în funcție de valoarea forței care acționează din câmpul magnetic.

În al doilea rând, a fost necesar să se efectueze experimente și să se înțeleagă că liniile de câmp ale unui conductor drept cu curent sunt cercuri concentrice (divergente de la un centru comun). Liniile de forță pot fi „văzute” dacă conductoarele sunt trecute prin sticlă pe care sunt presărate pilitură fină de fier. Mai mult, a fost necesar să se ghicească să „atribuiți” o anumită direcție liniilor electrice în funcție de direcția curentului în conductor. Adică introduceți în fizică „regula gimlet” sau, ceea ce este la fel, „regula mâinii drepte”, vezi figura de mai jos.

În al treilea rând, a fost necesar să se efectueze experimente și să se introducă „regula mâinii stângi” în fizică pentru a determina direcția forței care acționează asupra unui conductor purtător de curent plasat într-un câmp magnetic, locația și direcția liniilor de câmp. dintre care sunt cunoscute. Și numai după aceasta, folosind regula mâinii drepte de două ori și regula mâinii stângi de patru ori, a fost posibil să explicăm experimentul lui Ampere.

Liniile de câmp ale conductoarelor paralele care transportă curent sunt cercuri concentrice „divergente” în jurul fiecărui conductor, inclusiv locul în care se află al doilea conductor. Prin urmare, este afectat de câmpul magnetic creat de primul conductor, și invers: câmpul magnetic creat de al doilea conductor ajunge la primul și acționează asupra acestuia. Direcția liniilor de forță este determinată de regula mâinii drepte, iar direcția de influență asupra conductorului este determinată de regula mâinii stângi.

Restul experimentelor discutate anterior sunt explicate într-un mod similar: există un câmp magnetic în jurul magneților sau conductoarelor purtătoare de curent, de la locația liniilor de câmp din care se poate judeca direcția și magnitudinea câmpului magnetic, precum și cum acţionează asupra conductoarelor.

(C) 2011. „Fizika.ru” cu participarea Krayuhina T.E. (regiunea Nijni Novgorod, Sergach)

Experiența arată că conductorii prin care curg curenții electrici interacționează între ei. Deci, de exemplu, doi conductori subțiri paraleli sunt atrași unul de celălalt dacă direcțiile curenților care curg în ele coincid și se resping dacă direcțiile curenților sunt opuse (Fig. 2).

Orez. 2. Interacțiunea conductoarelor paralele cu curentul.

Forța de interacțiune determinată experimental între conductori, pe unitatea de lungime a conductorului (adică, care acționează pe 1 m de conductor) se calculează prin formula:

,

Unde Și - puterea curentului în conductori, – distanța dintre ele în sistemul SI,
- așa-numita constantă magnetică (
).

Comunicarea între electrice și magnetice
constanta este determinata de relatia:

Unde = 3·10 8 m/s – viteza luminii în vid.

Pe baza formulei empirice pentru
instalat Unitatea SI de curent este Amperi (A).

Amper- puterea unui astfel de curent neschimbat, care, trecând prin doi conductori drepti de lungime infinită și secțiune transversală circulară neglijabil, situate în vid la o distanță de 1 m unul de celălalt, provoacă o forță de interacțiune între ele egală cu 2 ·10 -7 N pe 1 m lungime.

Deci, atunci când un curent electric trece printr-un conductor, în spațiul care îl înconjoară au loc unele modificări, ceea ce face ca conductorii cu curentul să interacționeze, iar acul magnetic din apropierea conductorului cu curentul să se rotească. Astfel, am ajuns la concluzia că interacțiunea dintre magneți, conductor și curent, între conductori cu curent se realizează printr-un mediu material numit camp magnetic. Din experimentul lui Oersted rezultă că câmpul magnetic are caracter direcţional, deoarece unghiul de rotație al săgeții depinde de mărimea și direcția curentului care curge. Acest lucru este confirmat și de experimentele privind interacțiunea conductorilor cu curentul.

1.3. Inducerea câmpului magnetic

Luați în considerare interacțiunea unui conductor drept care poartă curent cu câmpul magnetic al unui magnet de potcoavă. În funcție de direcția curentului, conductorul este tras sau împins afară din magnet (Fig. 3).

Orez. 3. Interacțiunea unui conductor drept cu curentul cu câmpul magnetic al unui magnet de potcoavă.

Am ajuns la concluzia că o forță acționează asupra unui conductor purtător de curent plasat într-un câmp magnetic. Mai mult, această forță depinde de lungimea conductorului și de mărimea curentului care circulă prin acesta, precum și de orientarea acestuia în spațiu. Puteți găsi o poziție a unui conductor într-un câmp magnetic atunci când această forță voi maxim. Acest lucru ne permite să introducem conceptul de forță caracteristică unui câmp magnetic.

Puterea caracteristică unui câmp magnetic este o mărime fizică, definită în acest caz ca

,

Ea a primit numele inducția câmpului magnetic. Aici
- forța maximă care acționează asupra unui conductor purtător de curent într-un câmp magnetic; - lungimea conductorului, - puterea curentă în ea.

tesla
.

1 T este inducția unui câmp magnetic care acționează cu o forță de 1 N pe metru lungime a unui conductor drept situat perpendicular pe direcția câmpului, dacă prin conductor trece un curent de 1 A:

1 T=1 N/(A m).

Inducerea câmpului magnetic este o mărime vectorială. Direcţie vector de inducție magnetică in cazul nostru este legat de directii Și regula mana stanga(Fig. 4):

dacă degetele întinse sunt îndreptate în direcția curentului în conductor, iar liniile câmpului magnetic intră în palmă, atunci degetul mare îndoit va indica direcția forței , acţionând asupra unui conductor purtător de curent dintr-un câmp magnetic.

Orez. 4. Regula pentru mâna stângă

Valoarea numerică a vectorului poate fi determinat și prin momentul forțelor care acționează asupra cadrului cu curent într-un câmp magnetic:

,

- cuplul maxim care actioneaza asupra unui cadru cu curent intr-un camp magnetic, - zona cadrului, - puterea curentă în ea.

Pentru direcția vectorului

Unitatea de măsură a vectorului de inducție magnetică – tesla
.

Pentru direcția vectorului în acest caz (Fig. 5) se ia direcţia normalului la planul bobinei, ales astfel încât, privind spre , curentul ar curge în sens invers acelor de ceasornic de-a lungul virajului.

Orez. 5. Efectul de orientare al unui câmp magnetic asupra unui cadru purtător de curent.

Liniile de câmp magnetic (linii de câmp magnetic ) sunt drepte, în fiecare punct al căror vector îndreptate tangenţial către ele.

Modulul de inducție magnetică este proporțional cu densitatea liniilor de câmp, adică. numărul de linii care intersectează suprafața unei unități de suprafață perpendiculare pe aceste drepte.

Tabelul 1 prezintă modelele liniilor de câmp pentru diferite câmpuri magnetice.

Deci, de exemplu, direcția liniilor de inducție magnetică ale unui fir drept cu curent este determinată de regulă de girlet (sau „șurubul din dreapta”):

dacă direcția de mișcare de translație a brațului coincide cu direcția curentului în conductor, atunci sensul de rotație a mânerului brațului coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică.

Astfel, liniile de câmp magnetic ale unui conductor drept infinit cu curent sunt cercuri concentrice situate într-un plan perpendicular pe conductor. Cu raza tot mai mare r cerc, mărimea vectorului de inducție a câmpului magnetic scade.

Pentru un magnet permanent, direcția liniilor câmpului magnetic este considerată direcția de la polul nord al magnetului N la sudul S.

Modelul liniilor de câmp magnetic pentru un solenoid este izbitor de similar cu modelul liniilor de câmp magnetic pentru un magnet permanent. Acest lucru a sugerat că existau multe circuite mici care transportau curent în interiorul magnetului. Solenoidul este, de asemenea, format din astfel de circuite - spire. De aici și asemănarea câmpurilor magnetice.

tabelul 1

Liniile de câmp magnetic

Tabelul 1 (continuare)

Principiul suprapunerii pentru vector : inducția câmpului rezultat într-un anumit punct este egală cu suma vectorială a inducțiilor câmpurilor individuale:

.

O caracteristică importantă a liniilor de inducție magnetică este că nu au nici început, nici sfârșit, de exemplu. liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise. Acesta este modul în care un câmp magnetic diferă de unul electrostatic. Liniile sale de forță au surse: ele încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative.

Câmpurile cu linii de câmp închise sunt apelate vârtej. Câmp magnetic – câmp vortex. Închiderea liniilor de inducție magnetică este o proprietate fundamentală a unui câmp magnetic. Constă în faptul că Nu există încărcături magnetice în natură. Sursele câmpului magnetic sunt mișcarea sarcinilor electrice.