фізика 15/21

 07.06.2023

Урок 26

Тема. Електрична й магнітна взаємодії. Взаємодія провідника зі струмом

Завдання:

1. Опрацювати теоретичний матеріал
2. Записати коротко конспект в зошит
3. Відповісти на запитання в зошиті

Ви вже знаєте, що між нерухомими електричними зарядами діють сили, які визначаються за законом Кулона. Ця взаємодія відбувається так: кожний із зарядів створює електричне поле, поле одного заряду діє на другий заряд і навпаки. Проте між електричними зарядами можуть діяти сили й іншої природи. Взаємодії між провідниками зі струмом, тобто взаємодії між рухомими електричними зарядами, називають магнітними.

Учення про магніти та їхню взаємодію тривалий час розвивалося відокремлено, як одна з галузей науки, аж поки низка відкриттів і теоретичних досліджень у XIX ст. не довела органічний зв’язок магніту з електрикою.

Ганс-Крістіан Ерстед

Одним з фундаментальних доведень єдності електричних і магнітних явищ є результат досліду Ганса-Крістіана Ерстеда (1777-1851), датського фізика, який у 1820 р. виявив, що магнітна стрілка змінює своє положення поблизу провідника зі струмом (мал. 1.63).

Мал. 1.63

Очевидним було те, що причиною цього є електричний струм — напрямлений рух заряджених частинок у провіднику.

Магнітні явища хоча й пов’язані з електричними, проте не тотожні їм. Це також підтверджується дослідами. Якщо взяти два довгі паралельні провідники і приєднати їх до джерела струму, то ми побачимо, що провідники, по яких проходить струм у різних напрямках, відштовхуються один від одного (мал. 1.64, а), а якщо у провідниках струм проходить в одному напрямку, вони притягуються один до одного (мал. 1.64, б).

Мал. 1.65

Якщо ж забрати магніт, то провідник зупиниться. Отже, з боку магнітного поля на провідник зі струмом діє сила так само, як діє сила з боку магнітного поля на магнітну стрілку. Змінюючи напрямок струму або напрямок силових ліній магнітного поля, ми помічаємо, що змінюється і напрямок руху провідника, а отже, і напрямок сили, що діє на провідник.

Напрямок сили, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, можна визначити, використовуючи правило лівої руки.

Руку розміщують так, щоб силові лінії поля входили в долоню, а чотири пальці збігалися з напрямком струму у провіднику, тоді великий палець, відведений на 90°, покаже напрямок сили, що діє на провідник (мал. 1.66).

Мал. 1.66

Рух провідника зі струмом у магнітному полі дуже широко застосовується в техніці: в електродвигунах, у вимірювальних приладах з котушкою, що обертається, і в багатьох інших пристроях.

Розкрийте вплив магнітного поля на живі організми.

Висновок:

Вам відомо, що однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні-притягуються. Виявилося, що взаємодія полюсів магніту дуже схожа на взаємодію електричних зарядів. Спроба одержати «одиничний» магнітні полюси (тільки північні або тільки південні) подібні до позитивних і негативних електричних зарядів, виявилось неможливим. Якщо розпиляти магніт, отримаємо два у яких знову будуть два полюси.

2. Взаємодія провідників зі струмом.

Ще вчені Давньої Греції висловили припущення, що магнітні і електричні явища пов’язані. Проте, пряме експериментальне виявлення цього зв’язку відбулося завдяки щасливій випадковості. 15 лютого 1820 року данський фізик Ганс Крістіан Ерстед демонстрував студентам дослід із нагріванням провідника електричним струмом. У ході досліду, звернув увагу на те, що під час проходження струму магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, відхилялася від напрямку «північ-південь». Як тільки струм припинився стрілка повернулася в початкове положення. 

3. Індукція магнітного поля.

Навколо намагніченого тіла й навколо провідника зі струмом існує поле – яке називається магнітним. Для магнітного поля, так само як і для електричного, можна ввести векторну величину, що характеризує це поле в кожній точці. Цю величину називають вектором магнітної індукції [B]. 

1820 року датський фізик Ханс Ерстед  помітив, що магнітна стрілка, розміщена поблизу провідника зі струмом,  відхиляється від природного положення, намагаючись розміститись так, щоб її вісь була перпендикулярною  до провідника. Це відкриття мало принципове значення для розвитку науки, оскільки вказувало на існування суттєвих зв’язків між електричними та магнітними явищами.

 Того ж 1820 року французький фізик А.Ампер дослідив взаємодію провідників зі струмом. Ампер встановив закон механічної (пондеромоторної) взаємодії двох елементів зі струмом, які знаходяться на певній відстані один від одного: два паралельних провідники, якими проходять однонаправлені струми − притягуються, якщо ж напрямки струмів різні − то відштовхуються (рис.10.1).

Цю взаємодію не можна пояснити з електростатичної точки зору, оскільки поле рухомих електронів компенсується полем нерухомих позитивних зарядів атомів провідника.  Тобто у цих дослідах взаємодія провідників зі струмом може бути пояснена знову таки магнітною взаємодією. Тому під магнітним полем розуміють вид матерії, за допомогою якого здійснюється взаємодія електричних струмів, коли вони знаходяться на відстані.

Пізніше було показано, що при заміні металевого провідника зі струмом, відповідним струмом в електролітичній або газорозрядній трубці − останні проявляють на магнітну стрілку аналогічну дію.  1911 року А. Йоффе показав, що таку ж дію на магнітну стрілку проявляє електронний пучок, а Ф. Ейхенвальд − що аналогічну дію має будь-яке рухоме заряджене тіло або конвекційний струм.

Магнітне поле є вид матерії. Воно виявляється за дією на магнітну стрілку чи на провідник зі струмом, воно намагнічує і деформує тіла, змінює їхній електричний опір.
Source: https://fizmat.7mile.net/elektromagnetizm/mahnitna-vzaiemodiia-strumiv-zakon-ampera.html

ЗАПИТАННЯ :

• 1. Які взаємодії називають магнітними і в чому їхня відмінність від електростатичних взаємодій?
• 2. Які досліди підтверджують існування магнітного поля?
• 3. Які сили називають магнітними?
• 4. Що таке магнітне поле?
• 5. Як визначити напрямок руху провідника зі струмом у магнітному полі?