Опыт Эрстеда. Магнитное взаимодействие токов

В 1820 г. Эрстед обнаружил действие проводника с током на магнитную стрелку, ориентирующее стрелку в определенном направлении. Магнитная стрелка, как известно, отклоняется магнитным полем. Таким образом, Эрстед обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле, и установил существование связи между электричеством и магнетизмом.

Вблизи прямолинейного проводника с током магнитная стрелка устанавливается по касательной к окружности, мысленно очерченной вокруг проводника (рис. 3.1). Иными словами, силовые линии магнитного поля проводника с током имеют вид окружностей, в центре которых находится проводник. Направление силовых линий указывается северным полюсом магнитной стрелки, как на рис. 3.1.

В том же 1820 г. Ампер экспериментально обнаружил, что параллельные проводники с одинаковым направлением токов притягиваются, а с противоположными направлениями токов отталкиваются (рис.3.2). Сила взаимодействия, приходящаяся на единицу длины каждого из проводников пропорциональна произведению силы тока в каждом проводнике и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками: . (3.1)

В этом выражении коэффициент k' зависит от выбора системы единиц. В СИ записывают коэффициент k' = m₀/4p. Здесь m₀ – магнитная постоянная, или абсолютная магнитная проницаемость. Из закона взаимодействия токов (3.1) определяют основную единицу силы тока – ампер (см. раздел 2.1).

Если по двум параллельным проводникам, находящимся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, протекают токи по 1 А, то сила взаимодействия, отнесенная к единице длины проводника (1 м), равна 2×10^-7 Н/м. Подставим эти значения в формулу (3.1), чтобы найти значение магнитной постоянной: .

Отсюда . Обычно размерность магнитной постоянной записывают иначе. Единицу силы, используя определение механической работы, расписывают как 1 Дж/м, а единицу работы, в свою очередь, записывают через единицы электрических величин: 1 Дж= 1 В×А×с. Получим таким образом, что , где - генри (единица измерения индуктивности). Итак, магнитная постоянная измеряется в генри на метр:

. (3.2)