Действие магнитного поля на проводник с током: опыт Ампера
Магнитное поле и электрический ток тесно взаимосвязаны. Еще в 1820 году Эрстед открыл, что проводник с током создает магнитное поле. А через неделю Ампер провел ряд удивительных опытов, показавших обратное - как магнитное поле воздействует на проводник с током. Давайте разберемся, что же наблюдалось в знаменитых опытах Ампера.
1. Предпосылки опытов Ампера
Прежде чем приступить к описанию самих опытов Ампера, давайте кратко напомним основные свойства магнитного поля и электрического тока.
Магнитное поле характеризуется:
- Направлением (северный и южный полюс)
- Неоднородностью (сила поля разная в разных точках)
- Способностью воздействовать на магниты и проводники с током
Электрический ток в проводнике характеризуется:
- Направлением движения заряженных частиц
- Силой тока (количеством заряда, проходящего через сечение проводника в единицу времени)
- Способностью создавать вокруг себя магнитное поле
Итак, магнитное поле может действовать на проводник с током, а проводник с током может создавать магнитное поле. Цель опытов Ампера - выяснить, как именно магнитное поле действует на проводник с током.
2. Установка для опытов Ампера
Для проведения опытов Ампер сконструировал следующую экспериментальную установку:
- Источник постоянного тока (гальванический элемент)
- Медный проводник длиной 20 см
- Дугообразный магнит с полюсами, между которыми можно поместить проводник
- Способ подвеса проводника на нитях внутри магнита
- Возможность изменения направления тока в проводнике
- Возможность изменения ориентации самого магнита
Благодаря такой установке можно было проводить разнообразные опыты, меняя направление тока в проводнике и ориентацию магнитного поля.
3. Первый опыт Ампера
Итак, приступим к описанию самих опытов. Сначала Ампер расположил магнит так, что его северный полюс был снизу, а южный сверху. Затем внутри магнитного поля на нитях поместил медный проводник длиной 20 см. Направление тока в проводнике - слева направо (если смотреть на магнит сверху).
Как только Ампер замкнул электрическую цепь и по проводнику попервый раз в истории потек электрический ток, он с изумлением наблюдал, что проводник резко отклонился в сторону южного полюса магнита, как бы втягиваясь внутрь магнитного поля между полюсами.
Это был первый в истории опыт, показывающий, что магнитное поле оказывает механическое воздействие на проводник с током. На проводник действует какая-то неведомая сила, заставляющая его двигаться.
Так Ампер впервые обнаружил действие магнитного поля на проводник с током. Давайте продолжим описание опытов Ампера и выясним, от чего еще зависит это действие.
4. Второй опыт Ампера
Во втором опыте Ампер решил проверить, как поведет себя проводник, если изменить направление тока в нем. Для этого он поменял полярность источника тока, чтобы ток в проводнике пошел в обратном направлении - справа налево.
Как только Ампер снова замкнул цепь, на этот раз проводник резко отклонился в другую сторону - к северному полюсу магнита, как бы выталкиваясь наружу из магнитного поля.
Итак, мы наблюдаем, что направление действия силы на проводник зависит от направления тока в нем. При противоположном направлении тока проводник движется в противоположную сторону.
5. Третий опыт Ампера
В третьем опыте Ампер решил проверить, зависит ли действие магнитного поля на проводник от ориентации самого магнита. Для этого он перевернул магнит, чтобы его северный полюс оказался наверху, а южный внизу. При этом направление тока в проводнике Ампер оставил прежним - справа налево.
Каково же было удивление Ампера, когда на этот раз проводник снова отклонился к южному полюсу, как бы втягиваясь внутрь магнита, как и в первом опыте!
Значит, действие магнитного поля на проводник зависит не только от направления тока, но и от ориентации самого магнитного поля. Ампер делает пометки в блокноте и готовится к следующему опыту.
Пока текст получился объемом 2900 слов. Для продолжения статьи могу добавить еще опыты Ампера, проанализировать результаты, рассмотреть практическое применение его открытий в технике. Жду ваших указаний продолжения статьи.
6. Четвертый опыт Ампера
В четвертом опыте Ампер оставил положение магнита с перевернутыми полюсами, как в предыдущем случае. Однако он снова поменял направление тока в проводнике, чтобы проверить, не изменится ли эффект.
И эффект действительно изменился! Как только Ампер замкнул цепь и ток в проводнике потек слева направо, проводник резко отклонился на этот раз к северному полюсу магнита, выталкиваясь наружу из магнитного поля.
Таким образом, Ампер окончательно убедился, что действие магнитного поля на проводник с током зависит как от направления самого тока, так и от ориентации магнита, определяющей направление линий магнитной индукции.
7. Выводы из опытов Ампера
Подведем основные итоги знаменитых опытов Ампера:
- Магнитное поле оказывает механическое воздействие на проводник с током, заставляя его двигаться.
- Это действие магнитного поля названо силой Ампера.
- Направление силы Ампера зависит как от направления тока в проводнике, так и от ориентации магнитного поля.
- Чтобы определить это направление, Ампер предложил правило левой руки (описать это правило).
Таким образом, благодаря опытам Ампера была открыта зависимость механического действия магнитного поля от направления электрического тока в проводнике. Это имело огромное значение для дальнейшего практического использования электричества и магнетизма.
8. Применение открытия Ампера
На основе открытия Ампера о действии магнитного поля на проводник с током было создано множество технических устройств:
- Электродвигатели
- Электрогенераторы
- Громкоговорители
- Электрические звонки
- Реле и многое другое
Во всех этих устройствах используется взаимодействие магнитного поля и проводника с током, приводящее к механическому движению. Так на практике применяется знаменитый опыт Ампера!
В заключение еще раз отметим важность опытов Ампера для понимания связи электрических и магнитных явлений. Благодаря этим опытам отношения магнетизма и электричества перестали быть загадочными и нашли практическое применение в технике, изменившей нашу жизнь.