Дослід Ерстеда
Дослідами доведено, що електричне поле зберігається навколо зарядженої частинки, навіть якщо вона залишається одна. Електрон і у вакуумі є носієм електричного поля. На цьому принципі працюють всі електронні лампи. На жаль, численні спроби знайти частинки, що несуть “магнітний” заряд, ні до чого не привели.
Зразок магнетиту, який є природним постійним магнітом, можна розпилювати навпіл безліч разів, але в кожній новій половинкі миттєво виникає і північний і південний полюс.
Зауважимо, що лінії “магнітного” поля, які так люблять демонструвати в дослідах з залізною тирсою, завжди замкнені. Ключове слово тут “завжди”. Уявімо, заряджена частка рухається уздовж магнітної лінії і повертається у вихідну точку. Енергія частинки не змінилася, значить, ніякої роботи поле не зробило. Дійсно, численні досліди показують, магнітне поле роботу не виробляє.
Для нашого підходу це означає, що магнітне поле існує тільки на папері. Те, що за традицією називають “магнітним полем”, є властивістю електричного поля, яке проявляється при русі заряджених частинок. Коли кажуть, “діє магнітне поле”, ми повинні розуміти, що працює електричне поле, яке набуває додаткову дію при русі його носія. Слід визнати, за минулі майже два століття теорія магнетизму отримала такий розвиток, що її результатами користуються всі. Ми теж будемо застосовувати поняття магнітної теорії, щоб не відходити далеко від традиційного курсу. Інакше нас не зрозуміють. Звернемося до дослідів.
У 1820 році Ерстед пропустив через провід електричний струм і підніс магнітну стрілку. Стрілка відхилилася. Якщо провід зі струмом діє на магніт, значить, навколо дроти з струмом виникає таке ж поле, яке існує навколо природного магніту, припустив Ерстед.
Він оголосив, що навколо дроту з струмом виникає магнітне поле і позначив його буквою H. Зауважимо, в мідному дроті ніякого природного магнетизму немає, але легка котушка з струмом повернеться біля проводу зі струмом точно так, як стрілка з магнетиту. На цьому заснована робота будь-якого приладу електродинамічної системи. У них взаємодіють електричні поля котушок зі струмом. Справедливості заради варто сказати, що в 1820 році про електрони нічого не знали.
Маючи в своєму розпорядженні однакові магнітні стрілки навколо дроти на відстані R, Ерстед з’ясував, що напруженість поля уздовж окружності L = 2πR постійна по величині і направлена по дотичній до неї. Така поведінка поля теоретики називають циркуляцією. Ерстед припустив, що струм створює навколо себе циркуляцію магнітного поля, яка пропорційна силі струму. Залишається знайти зв’язок сили струму, що породжує циркуляцію поля H, з електричним полем E, що виникають навколо дроти з струмом I = Q/t.
Для складання рівняння можна звернутися до теоремі Гаусса, згідно з якою потік поля E поблизу проводу дорівнює:
ЕS = Q/ε0 = I * t/ε0, де
- S – поверхня дроту.
Враховуючи, що
S = 2πrl, Де
- R – радіус, L – довжина дроту,
Можна написати:
Е = Q/2πrlε0 = It/2πrlε0,
Або:
Е/t = I/2πrlε0.
Помножимо обидві частини на ε0 і введемо позначення:
I/2πrl = j (щільність струму),
І
Еε0 = D (так зване поле електричного зміщення).
Тоді рівняння Е/t = I/2πrlε0 переходить у рівняння j = D/t. Іншими словами, швидкість зміни електричного зміщення дорівнює щільності струму, яка, як вказав Ерстед, пропорційна напруженості циркуляції магнітного поля Н. Це просте рівняння рівносильне другому принципу Максвелла: “Циркуляція магнітного поля пропорційна швидкості зміни поля електричного Зміщення”.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)