Чтобы выяснить, от каких величин и как зависит сила
взаимодействия параллельных токов, можно воспользоваться установкой,
изображённой на рисунке
История опытов Ампера. |
2. Ампер — “Ньютон электричества”.
В том же 1820 году французский физик Ампер (1775— 1836) выступил с сообщением о новом явлении — взаимодействии двух проводников, по которым течёт ток. В этом же сообщении Ампер впервые высказал мысль об электрической природе магнетизма. В течение очень короткого времени он выполнил ряд важных исследований, блестяще подтверждавших его мысли (позднее все полученные результаты были систематизированы Ампером в его книге “ Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта” , опубликованной в 1826 году). Отныне с магнитными жидкостями было покончено, теперь в них не было необходимости. Магнитные явления, как оказалось, обусловлены электрическими токами. Магнит следовало рассматривать, исходя из совокупности круговых электрических токов, плоскости которых перпендикулярны к прямой, проведенной через полюса магнита. Спираль с током (соленоид) уподобилась магниту. С полным правом Ампер мог заявить: “ Таким образом, все магнитные явления я свёл к чисто электрическим действиям” . Разрабатывая основы электродинамики — нового направления, объединившего электричество и магнетизм, — учёный нашёл выражение для силы, с которой взаимодействуют два элемента тока; это выражение входит во все
современные учебники электродинамики. В частности, он обратил внимание на то, что электродинамические силы, в отличие от известных в то время гравитационных и электрических, не являются центральными.Ампер не только догадался, что при изучении магнитного взаимодействия нужно, прежде всего, исследовать взаимодействие электрических токов, но сам тут же занялся экспериментальными исследованиями этого взаимодействия. В частности, установил, что токи одного направления притягиваются, а противоположного направления — отталкиваются. Взаимно перпендикулярные проводники не действуют друг на друга.
Напряженные усилия увенчались, в конце концов, полным успехом. Ампер открыл закон механического взаимодействия между электрическими токами, решив тем самым проблему магнитного взаимодействия.
Чтобы выяснить, от каких величин и как зависит сила
взаимодействия параллельных токов, можно воспользоваться установкой,
изображённой на рисунке
Силу тока в длинном неподвижном проводнике и в рамке можно изменять с помощью реостатов и измерять с помощью амперметров. Изменяя расстояние между взамидействующими проводниками и силу тока в них, можно выяснить, как зависит от этих величин сила взаимодействия.
Если при постоянной силе тока
I2 в рамке увеличивать в 2, 3, 4, ... раза силу тока I1 в неподвижном проводнике, то можно заметить, что сила взаимодействия токов будет увеличиваться соответственно в 2, 3, 4, ... раза.Это значит, что сила F взаимодействия токов прямо пропорциональна силе тока
I1 в неподвижном проводнике:F~ I1
Совершенно аналогично измерения убеждают в том, что сила взаимодействия токов прямо пропорциональна силе тока в подвижном проводнике:
F~ I2
При увеличении расстояния между проводниками в 2, 3, 4, ... раза сила взаимодействия уменьшается соответственно в 2, 3, 4, ... раза. Следовательно, эта сила обратно пропорциональна расстоянию:
Наконец, используя рамки различных размеров, можно убедиться в том, что сила, действующая на нижнюю сторону рамки, прямо пропорциональна длине этой стороны:
F ~ l
Объединяя результаты опытов, получим:
Вводя коэффициент пропорциональности, можно записать:
По этой формуле можно вычислить силу F, с которой магнитное поле бесконечно длинного проводника с током
I1, действует на параллельный ему отрезок прямого проводника длиной l, если по нему течёт ток I2 и расстояние между проводниками равно R.Полученная формула для силы взаимодействия токов играет большую роль в учении о магнитных явлениях. С ней связано много других соотношений. Оказалось, что запись этих соотношений принимает более простой вид, если ввести обозначение:
При этом формула для силы взаимодействия токов записывается так:
Величина
получила название магнитной постоянной. Её значение зависит от
выбора единиц остальных величин, входящих в полученную формулу.
Дягилев Ф. М. Из истории физиков и жизни её творцов. М.: Просвещение. 1986, с 79.
|
|
Дягилев Ф. М. |