Явления взаимного взаимодействия одинаковых и противоположных электрических зарядов напоминают явления отталкивания полюсов одного рода и притяжения полюсов магнитов (рис. 136). Электрические взаимодействия происходят посредством электрических полей, но каковы причины магнитных взаимодействий и что определяет магнитные свойства тел?
Магнитное поле. То, что магниты взаимодействуют, что магнит, разрезанный пополам, превращается в два магнита и что железо намагничивается при контакте с магнитом, было установлено довольно давно. Связь между электрическими и магнитными явлениями была обнаружена гораздо позже, хотя намагничивание железных предметов, перемагничивание иглы компаса при электрических разрядах и многие другие наблюдения и эксперименты заставили ученых задуматься об этом. Первыми, кто исследовал эту взаимосвязь, были датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) и известный французский физик и математик Андре-Мари Ампер в 1820 году.
Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка вблизи проводника поворачивается на угол, когда по проводнику течет электрический ток (рис. 137). Открытие Эрстеда позволило Амперу сделать вывод, что магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами, циркулирующими внутри него, которые были названы "амперными токами" или "молекулярными токами" (рис. 138). Это означало, что магнитное взаимодействие вызывается не особыми магнитными зарядами, а движением электрических зарядов — электрическим током.
Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелкой в эксперименте Эрстеда — это взаимодействие электрического тока в проводнике с "амперовыми токами" в магнитной стрелке (гипотеза Ампера). Это взаимодействие происходит с помощью магнитного поля.
Магнитное поле — это особая форма материи, создаваемая электрическими зарядами или переменными электрическими полями, движущимися относительно некоторой инерциальной системы отсчета.
Эксперименты показали, что магнитное поле создается при движении любого электрического заряда. Поскольку скорость заряда зависит от выбора системы отсчета, магнитное поле одного и того же заряда в разных системах отсчета различно. Если электрический заряд находится в состоянии покоя относительно определенной инерциальной системы отсчета, он создает электростатическое поле только в этой системе отсчета. Электрический заряд, движущийся относительно данной инерциальной системы отсчета, создает не только электрическое поле в этой системе, но и магнитное поле, которые являются компонентами единого электромагнитного поля.
Через магнитное поле происходит взаимодействие между движущимися электрическими зарядами (а также магнитами). В этом случае каждый электрический заряд, движущийся в данной инерциальной системе отсчета, создает магнитное поле в окружающем пространстве. Это поле действует с определенной силой на любые другие движущиеся электрические заряды, а также на магниты внутри него.
Таким образом, о существовании магнитного поля можно судить по наличию силы, действующей на электрический заряд, движущийся относительно выбранной инерциальной системы отсчета, или на магнит внутри этого поля.
Магнитная стрелка, помещенная под медный проводник, поворачивается на определенный угол, когда через нее протекает электрический ток. Повернется ли стрелка, если заменить медный проводник водным раствором щелочи, помещенным в тонкую стеклянную трубку?
Интересно знать
Современная научная мысль не отвергает, а, наоборот, предсказывает частицы с магнитным зарядом — магнитные монополи. однако такие частицы еще не наблюдались экспериментально.
Влияние магнитного поля на проводник с током. Поскольку магнитное поле проводника с током действует с определенной силой на магнит (в эксперименте Эрстеда — на магнитную стрелку), естественно предположить, что сила магнитного поля магнита должна действовать на проводник с током. Это предположение можно проверить экспериментально.
Давайте соберем электрическую цепь, показанную на рисунке 139, а. Когда цепь разомкнута, на гибкий проводник не действует магнитное поле подковообразного магнита. Когда цепь замкнута, проводник находится в движении: он либо втягивается в пространство между полюсами подковообразного магнита (рис. 139b), либо выталкивается из него (рис. 139c) противоположными полюсами магнита (или при изменении направления тока). Этот эксперимент наглядно демонстрирует, что магнитное поле действует только на движущиеся заряды.
Урок 177 (осн). Действие магнитного поля на проводник с током
Действует ли магнитное поле на заряженные частицы, движущиеся в вакууме? Предположим, что в катодной трубке (рис. 139.1, a) пучок электронов движется от катода K к аноду A. В отсутствие внешнего магнитного поля он движется прямолинейно и перпендикулярно к аноду. Если в трубку ввести магнит (рис. 139.1, б), то электронный пучок отклоняется вниз. Поменяв полюса магнита местами, можно отклонить луч вверх. Траекторию движения электронов внутри трубки можно увидеть благодаря экрану E, покрытому люминофором — веществом, которое светится под воздействием электронов.
Во всех рассмотренных случаях на токоведущие проводники (движущиеся заряженные частицы) действуют магнитные силы, которые можно рассматривать как результат взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с магнитными полями токоведущих проводников (движущихся заряженных частиц).
Магнитные силы — это силы, действующие под действием магнитного поля на магниты, проводники с током или движущиеся заряды внутри них.
Действие магнитного поля на проводник с током | Физика 8 класс #25 | Инфоурок
Взаимодействие проводников с током. Открытие Эрстеда стимулировало исследования взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями. Ампер в 1820 году провел серию экспериментов по изучению взаимодействия двух гибких проводников, изначально расположенных на прямой линии и параллельно току. Он обнаружил, что когда ток в проводниках течет в противоположных направлениях, они отталкиваются друг от друга (Рисунок 140 a), а когда в одном направлении, то притягиваются друг к другу (Рисунок 140 b). Когда в проводниках нет тока, они не проявляют магнитного взаимодействия (рис. 140 c).
Магнитное поле одного токоведущего проводника взаимодействует с током другого проводника посредством магнитной силы.
Магнитное взаимодействие между двумя параллельными проводниками с током используется в системе СИ для определения единицы тока — ампера.
1 ампер — это постоянный ток, который при прохождении через каждый из двух параллельных прямых проводников бесконечной длины и пренебрежимо малого кругового сечения, находящихся на расстоянии одного метра друг от друга в вакууме, вызовет между ними силу магнитного взаимодействия, величина которой составляет 2 — 10 -7 Н на метр длины.
Интересно отметить, что
Если мы рассмотрим взаимодействие проводников с электричеством более подробно, то заметим, что оно имеет как магнитную, так и электрическую составляющую. Электрическое взаимодействие обусловлено зарядами, которые находятся на поверхности проводников с током. Утверждение, что проводники с током одного направления притягиваются друг к другу, справедливо только в том случае, если электрическое взаимодействие между проводниками намного слабее магнитного, т.е. если сопротивление проводников мало, а протекающий в них ток соответственно велик.
Действие магнитного поля на рамку с током. Действие магнитного поля на проводник с током проявляется не только в виде притяжения или отталкивания. Давайте проведем эксперимент. Подвесим небольшую (по сравнению с расстоянием, на котором магнитное поле явно меняется, т.е. дальше от проводника) рамку возле длинного тонкого вертикального проводника на тонком и гибком проводе (рис. 141 а). Когда через проводник и рамку протекает электрический ток, рамка поворачивается и располагается так, что находится в одной плоскости с проводником с током (рис. 141, b). Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее воздействие, аналогичное воздействию на иглу компаса.
Давайте проведем еще один эксперимент. Поместим проволочную рамку между полюсами постоянного подковообразного магнита. Если через рамку течет ток, ее располагают так, чтобы ее плоскость была перпендикулярна прямой, соединяющей полюса магнита (рис. 142). В этом случае магнитное поле подковообразного магнита также оказывает ориентирующее воздействие на рамку тока.
Интересно знать
Влиянием магнитного поля на ток в подводящих проводах можно пренебречь, если они обернуты друг вокруг друга (см. рис. 141, 142) или расположены близко друг к другу. Действительно, проводники находятся в одной области поля и через них текут токи одинаковой силы и противоположного направления. Таким образом, силы, действующие на ток в проводниках со стороны магнитного поля, равны по модулю и противоположно направлены. Следовательно, подвеска остается в состоянии покоя. Рамка, помещенная вблизи проводника, будет не только вращаться, но и притягиваться к проводнику с током, поскольку неоднородность магнитного поля, создаваемого током в проводнике, значительно проявляется вблизи проводника.
