В 1820 году Эрстед положил проволоку над магнитной стрелкой и замкнул цепь — стрелка повернулась. Значит, вокруг проводника с током существует магнитное поле.
+Почему это открытие сорок лет никто не делал3
Поле тока надо сравнивать с полем Земли: у поверхности его горизонтальная составляющая около 20 мкТл. Пока поле тока заметно меньше, стрелка почти не двигается.
От провода с током 1 А на расстоянии 5 см поле всего около 4 мкТл — стрелка отклонится градусов на десять, и это легко принять за случайность.
Нужны и заметный ток, и близко расположенная стрелка. До появления вольтова столба таких токов в лаборатории просто не было.
⚗
Опыт в Физлабе
Опыт Эрстеда
Замкни и разомкни цепь, поменяй направление тока. Потом поставь 1 А и 5 см — и посмотри, насколько эффект слабее.
Магнитное поле существует вокруг движущихся зарядов
Ток — это упорядоченное движение зарядов. Значит, магнитное поле создают движущиеся заряды. Неподвижный заряд создаёт только электрическое поле.
+Как это проверяется3
Наэлектризованная палочка около магнитной стрелки не делает ничего — заряд есть, движения нет.
Та же палочка, если её быстро двигать, уже слегка действует на стрелку. Эффект крошечный, но он есть.
Постоянный магнит — не исключение из правила: его поле создают токи внутри атомов железа.
Магнитное поле действует только на движущиеся заряды и на токи. Неподвижный заряд в магнитном поле не почувствует ничего.
3
Направление поля: правило буравчика
Линии магнитного поля прямого тока — окружности вокруг провода. Ввинчиваем буравчик по направлению тока — ручка показывает, куда идут линии.
+Как это же правило работает для катушки2
Для катушки удобнее правило правой руки: обхвати катушку так, чтобы четыре пальца шли по току в витках — отставленный большой палец укажет на северный полюс.
Переключили направление тока — полюсы поменялись местами. Это отличает электромагнит от постоянного магнита.
⚗
Опыт в Физлабе
Поле прямого тока в объёме
Сцену можно вращать мышью: видно, что линии — кольца, охватывающие провод. Потом переключи на соленоид.
Линии магнитного поля проводят так, чтобы в каждой точке касательная к линии совпадала с осью магнитной стрелки, а её северный полюс показывал направление линии.
+Два свойства, которых нет у электрического поля3
Линии магнитного поля всегда замкнуты: у них нет ни начала, ни конца. У электрического поля линии начинаются на положительных зарядах и кончаются на отрицательных.
Где линии гуще — там поле сильнее. Это общее правило для любого поля.
Поле, у которого линии параллельны и одинаково густы, называют однородным. Такое поле есть внутри длинной катушки и между полюсами подковообразного магнита.
Разобранные примеры
Что показал опыт Эрстеда?разбор
Рядом с проводником поместили магнитную стрелку и пропустили ток.
Стрелка повернулась — значит вокруг проводника с током существует магнитное поле.
Так впервые связали электричество и магнетизм.
Ответ: ток создаёт магнитное поле
Как определить направление линий магнитного поля прямого проводника с током?разбор
Правило буравчика: вкручиваем буравчик по направлению тока.
Направление вращения ручки показывает направление линий поля.