Теоретичний матеріал для вивчення теми "Магнітне поле, 9 клас", частина 2

1. Автор:
Бузько В.Л.
Магнітна дія струму. Дослід Ерстеда.
Магнітне поле провідника зі струмом

2. Магнітна дія струму. Дослід Ерстеда.
Магнітне поле провідника зі струмом.
У 1820 році датський вчений Г.Ерстед
(1777-1851) відкрив магнітну дію
електричного струму. Він довів, що навколо
будь-якого провідника зі струмом створюється
магнітне поле.
Магнітну дію рухомих заряджених тіл досліджував
також американський фізик Г.Роуланд в 1878 р.
Основна частина ним установки була ебонітовий диск
1, покритий тонким шаром золота. Диск був насаджений
на вал і міг вільно разом з ним обертатися між двома
скляними пластинами 2. Над ебонітовим диском були
укріплені на тонкій нитці дві намагнічені сталеві голки 3,
чутливі до магнітного поля. Коли диску повідомили
деякий заряд і почали обертати, голки обернулися на
деякий кут, що свідчило про наявність магнітного поля.
При збільшенні швидкості обертання голки поверталися
на більший кут. Дослідами Р.Роуланда було
підтверджене відкриття Ерстеда про зв'язок магнітного
поля з рухомими електрично зарядженими частинками
або тілами.

3. Ерстед Ганс(14.VIII.1777-9.III.1851).
• Датський фізик. Закінчив Копенгагенський
університет (1797). З 1800 ад'юнкт, з 1806 професор
Копенгагенського університету. З 1815 обов'язковий
секретар Датського королівського товариства. З 1829
одночасно директор організованої з його ініціативи
Політехнічної школи в Копенгагені. Керував
створеним ним товариством по розповсюдженню
природничих знань (1824). Основні праці з фізики,
хімії, філософії. Найважливіша наукова заслуга
Ерстеда — встановлення зв'язку між електричними й
магнітними явищами в дослідах по відхиленню
магнітної стрілки під дією провідника зі струмом.
Повідомлення про ці досліди, опубліковане в 1820,
викликало велику кількість досліджень, які в підсумку
призвели до створення електродинаміки й
електротехніки. Ерстед вивчав також стискуваність
рідин, використовуючи винайдений (1822) ним
п'єзометр. Першим (1825) одержав відносно чистий
алюміній. Почесний член Петербурзької АН (із 1830).
На честь Ерстеда названа одиниця напруженості
магнітного поля в СГС системі одиниць.

4. Магнетизм провідників зі струмом
• У 1820р. Ерстедові вперше вдалося виявити на
досліді та вивчити взаємодію провідника зі струмом і
магнітної стрілки

5. Роуланд Генрі
• Роуланд Генрі (27.11.1848-16.04.1901) —
американський фізик, член Національної АН.
Народився в Хонсдейлі. Закінчив Політехнічний
інститут в Ренселаєрі, де працював в 1872—75. З
1875 — завідуючий кафедрою фізики університету
Дж.Гопкінса. Роботи в області електродинаміки,
оптики, спектроскопії, теплоти. У 1876 довів, що
конвекційний струм вільних зарядів в рухомому
провіднику за своєю магнітною дією схожий на
струм провідності в нерухомому (дослід Роуланда).
• Цей дослід зіграв важливу роль в підтвердженні рівнянь
Максвелла для рухомих середовищ. У 1880 з високою точністю
визначив механічний еквівалент теплоти. Винайшов (1882) увігнуті
дифракційні гратки і досяг великих успіхів в техніці їх
виготовлення, зокрема виготовив гратки з 800 штрихами на
міліметрі. Побудував ділильну машину для виготовлення увігнутих
дифракційних ґраток, що значно розширило можливості
спектроскопії. У 1893 розробив теорію дифракційних ґраток. Склав
фотографічний атлас сонячного спектру (1886 — 89). Виконав нові
вимірювання довжин хвиль. Член Лондонського королівського
суспільства (1889) і Паризькою АН (1893). Медалі Б.Румфорда и
Г.Дрепера.

6. Взаємодія провідника зі струмом
 Про зв'язок між електричними й магнітними явищами
було відомо ще до історичних дослідів Ерстеда й
Ампера: було помічено, що блискавка перемагнічує
компаси на кораблях, намагнічує сталеві предмети.
 Пряме експериментальне виявлення зв'язку між
електричними й магнітними явищами відбулося
завдяки щасливій випадковості: коли Ерстед читав
лекцію про постійні струми, він звернув увагу на те,
що магнітна стрілка, яка була розташована поблизу
провідника, обернулася під час ввімкнення струму.

7. Після того як були виявлені взаємодії магнітів
із магнітами й електричних струмів із
магнітами, виникло питання: чи матиме місце
магнітна взаємодія між електричними
струмами?
Позитивна відповідь на це питання була
отримана Ампером. Він експериментально
встановив, що паралельні провідники зі
струмами взаємодіють.

8. Взаємодія струмів
У тому ж 1820р. Ампер
відкрив магнітну
взаємодію провідників зі
струмом і встановив
закон цієї взаємодії

9. Ампер Андре-Марі (22.I.1775-10.VI.1836)
Французький фізик, математик і хімік, член багатьох
академій наук. Отримав домашню освіту. В 1805-24
працював у Політехнічній школі в Парижі.
Основні фізичні роботи присвячені електродинаміці.
В 1820 р. сформулював правило для визначення
напрямку дії магнітного струму на магнітну стрілку
(правило Ампера), здійснив велику кількість
експериментів по дослідженню взаємодії
між електричним струмом і магнітом,
сконструював для цього безліч приладів, виявив вплив магнітного поля Землі
на провідники, що рухаються, зі струмом.
Відкрив взаємодію електричних струмів й установив закон цієї взаємодії
(закон Ампера), розробив теорію магнетизму (1820). Ампер уперше вказав на
тісний взаємозв'язок між електричними й магнітними процесами й послідовно
провадив чисто струмову ідею походження магнетизму. Відкрив (1822)
магнітний ефект котушки зі струмом — соленоїда, зробив висновок, що
соленоїд, обтічний струмом, є еквівалентом постійного магніту, висунув ідею
посилення магнітного поля шляхом внесення усередину соленоїда залізного
сердечника з м'якого заліза. В 1820 р. запропонував використовувати
електромагнітні явища для передачі сигналів. Винайшов комутатор,
електромагнітний телеграф (1829). Сформулював поняття „кінематика”.
Дослідження стосуються також філософії й ботаніки.

10. Взаємодії між провідниками зі струмом називаються
магнітними. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на
одного, називаються магнітними силами.
Згідно з теорією близькодії струм в одному з провідників не може
безпосередньо діяти на струм в іншому провіднику. Подібно до
того, як у просторі, котрий оточує нерухомі електричні заряди, існує
електричне поле, у просторі, який оточує струми, існує поле, що
називається магнітним.
Магнітне поле - вид матерії, за допомогою якого здійснюється
взаємодія між зарядженими частинками, які рухаються.
Необхідно знати визначальні властивості магнітного поля:
магнітне поле породжується магнітами й струмами (рухомими
зарядами);
магнітне поле виявляється за дією на магніти й струми (рухомі
заряди).

11. Напрям, на який указує північний полюс магнітної
стрілки, є напрямом магнітного поля в даній точці.
Якщо уявити, що в якій-небудь точці магнітного поля є
маленька магнітна стрілка, то під дією поля стрілка
обернеться й установиться за напрямом дотичної до
лінії поля в цій точці, причому її північний полюс укаже
напрям силової лінії.
Лініями магнітного поля є лінії, проведені так, що
дотичні до них у кожній точці вказують напрям поля в
цій точці.

12. Лінії магнітного поля ніде не починаються й не
закінчуються. Вони або замкнуті, або починаються й
закінчуються на нескінченності.
Поля із замкнутими силовими лініями називаються
вихровими. Магнітне поле – вихрове поле.
Правило „обхвату” правою рукою для визначення
напряму ліній магнітного поля:
для прямолінійного провідника зі струмом: якщо
правою рукою „обхопити” провідник так, щоб великий
палець був напрямлений уздовж струму, то чотири
пальці покажуть напрям ліній магнітного поля;
для котушки зі струмом: якщо „обхопити” правою
рукою котушку зі струмом, розташувавши чотири
пальці у напрямі струму, то відігнутий великий палець
укаже напрям ліній магнітного поля всередині котушки.

13.  Напрям магнітної індукції визначають використовуючи
правило правого гвинта (свердлика).
Якщо напрямок обертання правого
гвинта, розташованого у центрі
витка зі струмом, співпадає з
напрямком струму, то його
поступальний рух показує напрямок
магнітної індукції.