Опыт Эрстеда — классический опыт, проведённый в 1820 году Эрстедом и являющийся первым экспериментальным доказательством воздействия электрического тока на магнит .

Суть опыта

Ханс Кристиан Эрстед помещал над магнитной стрелкой прямолинейный металлический проводник , направленный параллельно стрелке. При пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180°. Аналогичный разворот наблюдался, если провод переносился на другую сторону, располагаясь не над, а под стрелкой.

Принято считать, что это открытие было совершенно случайно: профессор Эрстед демонстрировал студентам опыт по тепловому воздействию электрического тока, при этом на экспериментальном столе находилась также и магнитная стрелка. Один из студентов обратил внимание профессора на то, что в момент замыкания электрической цепи стрелка немного отклонялась. Позднее Эрстед повторил опыт с более мощными батареями, усилив тем самым эффект. При этом сам он в своих поздних работах отрицал случайный характер открытия: «Все присутствующие в аудитории — свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью…» .

Объяснение опыта

Согласно современным представлениям, при протекании через прямолинейный проводник электрического тока в пространстве вокруг него возникает магнитное поле , силовые линии которого представляют собой окружности с центром на оси проводника. При этом величина магнитного поля пропорциональна силе тока , текущего в проводнике, и обратно пропорциональна расстоянию до проводника :

${\displaystyle B={\frac {2i}{cr}},}$

где B — модуль вектора индукции магнитного поля , i — сила тока, r — расстояние от точки наблюдения до проводника, c — скорость света (здесь использована запись в гауссовой системе единиц ).

При помещении в магнитное поле вещества, имеющего ненулевой магнитный момент ( магнита ), на него начинает действовать момент силы Лоренца , пропорциональный индукции магнитного поля и величине магнитного момента, а также синусу угла между их векторами :

${\displaystyle M=Bp_{m}\sin \alpha ,}$

где M — модуль вектора момента сил, действующих на магнитный момент, ${\displaystyle p_{m}}$ — величина магнитного момента, ${\displaystyle \alpha }$ — угол между векторами ${\displaystyle {\vec {B}}}$ и ${\displaystyle {\vec {p}}_{m}.}$

Момент сил стремится выстроить магнитную стрелку параллельно направлению вектора магнитной индукции, то есть перпендикулярно проводнику с током. Этот эффект тем сильнее, чем выше сила тока в проводнике и чем больше сила магнита. На практике действию магнитной силы противостоят силы трения в точке крепления магнитной стрелки, поэтому эффект может быть слабо выражен.

Роль опыта в истории физики

Описанный 21 июля 1820 года в краткой статье « » опыт стал первым экспериментальным доказательством взаимосвязи электрических и магнитных явлений.

Примечания

Ссылки

• от 3 мая 2021 на Wayback Machine