В 1820 году профессор Ханс Кристиан Эрстед проводил перед студентами опыт по нагреву проводника электрическим током. Рядом на столе лежала магнитная стрелка. И вот, к всеобщему удивлению, в момент замыкания электрической цепи стрелка дернулась! Это случайное наблюдение навсегда изменило наши представления о природе электричества и магнетизма.
Описание опыта Эрстеда
Исторический опыт, продемонстрировавший взаимодействие электрического тока и магнитного поля, был поставлен 21 апреля 1820 года в Копенгагене датским физиком Хансом Христианом Эрстедом перед аудиторией студентов.
Целью эксперимента была демонстрация нагрева проводника с током. Однако рядом на столе находилась также магнитная стрелка. Когда Эрстед замкнул электрическую цепь, стрелка резко отклонилась от первоначального положения. Это и было то самое явление, наблюдавшееся в знаменитом опыте.
Все присутствующие в аудитории — свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью.
Позднее Эрстед повторил опыт с более мощной батареей. Эффект оказался намного ярче: стрелка резко развернулась перпендикулярно проводнику. Ученый сделал революционный для того времени вывод о связи электрических и магнитных явлений.
Объяснение результатов опыта
Сегодня мы знаем, что причиной отклонения магнитной стрелки в опыте Эрстеда стало возникновение вокруг проводника с током магнитного поля. Его силовые линии представляют собой концентрические окружности. Именно это поле и воздействовало на магнитную стрелку, заставив ее повернуться.
Величина магнитной индукции B этого поля выражается формулой:
B = μ·I/(2·π·r)
где I — сила тока в проводнике, r — расстояние до проводника, а μ — магнитная постоянная.
Кроме того, сила F, действующая со стороны этого поля на сам проводник, описывается законом Ампера:
F = B·I·l·sin(α)
Здесь l — длина проводника, α — угол между направлением тока и линиями магнитной индукции B.
Значение опыта Эрстеда
Какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда? Казалось бы, небольшой эффект отклонения магнитной стрелки. Однако этот опыт навсегда изменил наши представления об окружающем мире.
- Он стал первым доказательством того, что электричество и магнетизм представляют собой проявления единого электромагнитного поля.
- Привел к открытию электродвигателя, радио, телефона, электрического освещения.
- Послужил основой создания современной электротехники и электроники.
Своим опытом Эрстед заложил фундамент всей будущей электротехнической революции XX века. А мы теперь пользуемся ее плодами каждый день!
Интересные факты об Эрстеде и его опыте
Ханс Христиан Эрстед родился в 1777 году в датском городе Рудкебинг. Еще будучи студентом, он активно занимался научными исследованиями.
В частности, какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда? Ученый изучал электрические явления, проводя опыты с использованием примитивных гальванических элементов. Также его интересовала область магнетизма и действия магнитных полей.
К 1820 году Эрстед уже был известным в Дании профессором физики. И вот 21 апреля на очередной лекции перед студентами он решил продемонстрировать какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда - нагревание проводника с током. А рядом случайно оказалась магнитная стрелка...
Эрстед и Эйнштейн
Интересно, что похожая история произошла через 80 с лишним лет с другим великим физиком - Альбертом Эйнштейном.
В 1905 году Эйнштейн опубликовал свою знаменитую работу о фотоэффекте. Это явление давно изучалось экспериментально. Но именно Эйнштейн смог дать ему теоретическое объяснение, за что позднее получил Нобелевскую премию.
Также как и Эрстед, Эйнштейн совершил научную революцию, перевернувшую представления физиков о природе света.
Воспроизведение опыта
Через 200 лет после исторического открытия каждый желающий может легко повторить опыт Эрстеда дома. Для этого понадобится:
- Батарейка или аккумулятор для питания электрической цепи
- Провода с выключателем
- Магнитная стрелка или компас
Схема опыта приведена на рисунке ниже. При протекании тока по проводнику какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда? Правильно, происходит отклонение магнитной стрелки!
Опыт Эрстеда в школе
Изучение какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда входит в школьную программу по физике 7 класса в разделе «Магнитные явления».
Эту тему можно подать ученикам очень увлекательно. Наглядная демонстрация опыта вызовет большой интерес.
После изучения какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда полезно предложить школьникам самим поэкспериментировать с магнитными стрелками, катушками и батарейками. Это поможет лучше понять суть наблюдаемых явлений.
Что дальше?
Открытие Эрстеда положило начало бурному развитию электротехники и электроники в XIX-XX веках. Но на этом исследования какие явления наблюдаются в опыте Эрстеда не остановились.
И сегодня ученые продолжают изучать природу электромагнетизма, открывая все новые и новые удивительные особенности электромагнитного взаимодействия. Кто знает, может быть именно тебе суждено сделать следующее революционное открытие в этой области?
Применение электромагнитных явлений
Открытие Эрстеда позволило по-новому взглянуть на природу электричества и магнетизма. Но само по себе какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда имело и важнейшее практическое значение.
Уже через 10 лет после опыта, в 1830 году, был изобретен электрический телеграф. Его работа основана на отклонении магнитной стрелки, когда по катушке индуктивности проходит ток. Это позволило передавать информацию на расстояние с помощью электрических сигналов.
Электродвигатель
Еще одним важнейшим изобретением, которое стало возможным благодаря опыту Эрстеда, был электродвигатель. В его основе лежит взаимодействие катушки с током и постоянного магнита.
При прохождении тока катушка начинает вращаться в магнитном поле. Это вращение и используется в электродвигателях для приведения в действие различных механизмов.
Радиосвязь
На явлениях электромагнетизма основан и принцип радиосвязи, открытой в XIX веке. Передатчик генерирует переменный электрический ток, который создает какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда - изменяющееся электромагнитное поле.
Это поле распространяется в пространстве в виде радиоволн. Антенна приемника улавливает радиоволны, в ней наводится слабый переменный электрический ток, который усиливается и детектируется.
Современная электроника
Сегодня трудно найти область техники, которая так или иначе не использовала бы какие явления наблюдаются в опыте Эрстеда. Это и производство, и транспорт, и связь, и медицина, и быт.
В частности, вся современная электроника основана на какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда. Работа любого электронного устройства, будь то компьютер, телефон или телевизор, невозможна без использования электромагнитных процессов.
Исследования будущего
Какие еще удивительные явления, связанные с электромагнетизмом ждут нас в будущем? Этот вопрос до сих пор остается открытым.
Ученые продолжают исследования в этой области. Возможно, человечество ждут новые грандиозные открытия, которые изменят нашу жизнь не меньше, чем 200 лет назад какое явление наблюдалось в опыте Эрстеда!
