§ 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.