Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Сиротюк

§ 14. Взаємодія струмів. Магнітне поле. Дія магнітного поля на провідник зі струмом

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. 1.64

Електричний струм в одному з провідників створює навколо себе магнітне поле, яке діє на струм у другому провіднику. Поле, створене електричним струмом другого провідника, діє на перший.

Отже, подібно до того, як у просторі, що оточує нерухомі електричні заряди, існує електричне поле, у просторі, що оточує струми, існує поле, яке називають магнітним.

Взаємодію між провідниками зі струмом, тобто взаємодію між рухомими електричними зарядами, називають магнітною. Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називають магнітними силами.

Магнітне поле — це особлива форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Магнітне поле має такі особливості, які відрізняють його від інших полів: магнітне поле завжди пов’язане з рухом заряджених частинок або тіл; магнітне поле діє на рухомі заряджені частинки або тіла.

Ви вже знаєте, що два провідники зі струмом взаємодіють один з одним. Це явище пояснюється тим, що сила, яка діє на кожний з провідників, зумовлена магнітним полем, створеним струмом другого провідника. Тому зрозуміло, що коли ми помістимо провідник зі струмом у магнітне поле, наприклад у поле постійного магніту, то на нього діятиме сила. Перевіримо це на досліді. Замкнувши коло, пропустимо струм по вільно підвішеному провіднику, що перебуває в магнітному полі підковоподібного магніту. Ми помітимо, що провідник почне рухатися (мал. 1.65).

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.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 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?

Розкрийте вплив магнітного поля на живі організми.