Магнитное поле электрического тока

В 1820 г. датский физик Эрстед обнаружил магнитное действие тока. Это явление заключается в том,, что магнитная стрелка, помещенная вблизи проводника с током, отклоняется от плоскости магнитного меридиана и уже, как правило, не указывает с севера на юг.

Это означает, что вблизи проводника с током создается магнитное поле. Для изучения конфигурации магнитного поля, создаваемого током, можно использовать описанный выше способ железных опилок. Если через отверстие в картонной пластинке пропустить прямолинейный проводник достаточной длины и затем насыпать на картон железные опилки и пропустить по проводнику электрический ток, то опилки расположатся в виде концентрических окружностей с центром на оси проводника (рис. 5). Силовые линии магнитного поля прямолинейного тока лежат в плоскости, перпендикулярной току, и представляют собой концентрические окружности с центром на оси тока.

Для определения направления силовых линий можно воспользоваться небольшими магнитными стрелками (рис. 6). Расположение силовых линий магнитного поля прямолинейного тока дает возможность установить правило, по которому всегда легко определить направление силовых линий магнитного поля тока. Правило это называется правилом буравчика или правилом винта: если ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление движения рукоятки буравчика укажет направление магнитных силовых линий (рис. 7).

Магнитное поле тока, как и магнитное поле магнита, проявляется очень заметно только вблизи проводника. С удалением же от последнего поле становится все менее; и менее заметным.

Магнитное поле характеризуется в каждой точке пространства особой величиной Н, называемой напряженностью магнитного поля. Чем больше напряженность поля, тем сильнее действие его на магнитную стрелку, на стальные или железные предметы. Напряженность поля в каждой его точке выражается определенным числом, причем за единицу напряженности поля принимается особая единица – эрстед, в честь ученого Эрстеда, открывшего магнитное действие тока. Напряженность поля, равная одному эрстеду, создается в воздухе прямолинейным током силой в 5 а на расстоянии 1 см от оси проводника. С увеличением расстояния от проводника напряженность магнитного поля убывает по закону Н=0.2i/r, где i – сила тока, выраженная в амперах(если силу тока выражать в единицах CGSE, то формула примет вид H = 2i/cr, где с = 3 х 10^10 см/сек, что равно скорости света в вакууме), r – расстояние от оси проводника, выраженное в сантиметрах, Н – напряженность магнитного поля в эрстедах.

Несколько иную конфигурацию имеет магнитное поле кругового тока. Изучить конфигурацию магнитного поля такого тока можно при помощи железных опилок, а направление силовых линий при помощи магнитных стрелок (рис. 8).

Присматриваясь к направлению магнитных силовых линий кругового тока, можно убедиться в применимости и в этом случае правила буравчика. В самом деле, на небольшом участке отрезок кругового проводника с током можно рассматривать как прямолинейный ток. Ввинчивая по направлению тока буравчик, убеждаемся в применимости правила буравчика, так как направление движения рукоятки совпадает с направлением силовых линий кругового тока вблизи данного участка кругового проводника. Напряженность поля в центре кругового тока можно вычислить по формуле
H = 0,2ni/r, где H и n имеют тот же физический смысл, что и в формуле (1), r – радиус круга.

Если навить проводник на стержень или трубку, то получится несколько последовательно соединенных круговых токов. Такая катушка носит название соленоида. Конфигурация магнитного поля соленоида, определенная при помощи железных опилок, представлена на рис. 9.
Магнитное поле соленоида подобно магнитному полю полосового магнита. Что касается магнитного поля кругового тока, то оно также подобно магнитному полю полосового, но очень короткого магнита – магнитного листка.

Если подвесить соленоид, по которому течет ток, чтобы он мог свободно вращаться около вертикальной то соленоид будет вести себя как магнитная стрелка, установится с севера на юг. К югу будет обращен южный полюс соленоида, где ток течет, если смотреть в торец соленоида, по часовой стрелке. Северный полюс соленоида, где ток течет против часовой стрелки, установится в направлении к северу. Напряженность поля внутри достаточно длинного соленоида может быть вычислена ПО формуле H = 0.4nNi/I, где N – число витков соленоида, Z – его длина.

С подвешенным соленоидом, по которому течет ток, можно проделать все те же опыты, которые были описаны выше с подвешенным магнитом.