Uporaba magnetnega delovanja električnega toka. Delovanje električnega toka: toplotno, kemično, magnetno, svetlobno in mehansko

Prisotnost toka v električnem tokokrogu se vedno kaže z nekim dejanjem. Na primer delo pod določeno obremenitvijo ali kakšen s tem povezan pojav. Posledično je delovanje električnega toka tisto, ki kaže na njegovo prisotnost kot takega v določenem električnem tokokrogu. Se pravi, če obremenitev deluje, potem poteka tok.

Znano je, da električni tok povzroča različne učinke. Sem spadajo na primer termični, kemični, magnetni, mehanski ali svetlobni. V tem primeru se lahko različni učinki električnega toka manifestirajo hkrati. V tem gradivu vam bomo podrobneje povedali o vseh manifestacijah.

Toplotni pojav

Znano je, da se temperatura prevodnika poveča, ko skozi njega teče tok. Takšni prevodniki so različne kovine ali njihove taline, polkovine ali polprevodniki, pa tudi elektroliti in plazma. Na primer, ko električni tok teče skozi nichrome žico, postane zelo vroča. Ta pojav se uporablja v grelnih napravah, in sicer: v električnih kotličkih, kotlih, grelnikih itd. Obločno varjenje ima najvišjo temperaturo, in sicer lahko segrevanje električnega obloka doseže tudi do 7000 stopinj Celzija. Pri tej temperaturi je doseženo enostavno taljenje kovine.

Količina proizvedene toplote je neposredno odvisna od napetosti, ki je bila uporabljena na določenem odseku, pa tudi od električnega toka in časa, ki je prešel skozi vezje.

Za izračun količine proizvedene toplote se uporablja napetost ali tok. V tem primeru je treba poznati indikator upora v električnem tokokrogu, saj je to tisti, ki povzroči segrevanje zaradi omejitve toka. Prav tako lahko količino toplote določimo s pomočjo toka in napetosti.

kemijski pojav

Kemični učinek električnega toka je elektroliza ionov v elektrolitu. Pri elektrolizi anoda nase veže anione, katoda pa katione.

Z drugimi besedami, med elektrolizo se na elektrodah tokovnega vira sproščajo določene snovi.

Navedimo primer: dve elektrodi spustimo v kislo, alkalno ali fiziološko raztopino. Nato se skozi električni tokokrog spusti tok, ki povzroči nastanek pozitivnega naboja na eni od elektrod in negativnega naboja na drugi. Ioni, ki so v raztopini, se nanesejo na elektrodo z drugačnim nabojem.

Kemično delovanje električnega toka se uporablja v industriji. Tako se s pomočjo tega pojava voda razgradi na kisik in vodik. Poleg tega z elektrolizo pridobivamo kovine v čisti obliki, površine pa tudi galvaniziramo.

Magnetni pojav

Električni tok v prevodniku katerega koli agregatnega stanja ustvarja magnetno polje. Z drugimi besedami, prevodnik z električnim tokom ima magnetne lastnosti.

Če torej magnetno iglo kompasa približate vodniku, v katerem teče električni tok, se bo ta začela vrteti in zavzela pravokoten položaj na vodnik. Če ta prevodnik navijete okoli železnega jedra in skozenj spustite enosmerni tok, bo to jedro prevzelo lastnosti elektromagneta.

Narava magnetnega polja je vedno prisotnost električnega toka. Razložimo: gibajoči se naboji (nabiti delci) tvorijo magnetno polje. V tem primeru se tokovi nasprotne smeri odbijajo, tokovi iste smeri pa privlačijo. Ta interakcija je utemeljena z magnetno in mehansko interakcijo magnetnih polj električnih tokov. Izkazalo se je, da je magnetna interakcija tokov najpomembnejša.

Magnetno delovanje se uporablja v transformatorjih in elektromagnetih.

Svetlobni pojav

Najenostavnejši primer delovanja svetlobe je žarnica z žarilno nitko. V tem svetlobnem viru spirala doseže želeno vrednost temperature skozi tok, ki poteka skozi njo, do stanja bele toplote. Tako se oddaja svetloba. Pri klasični žarnici z žarilno nitko se za svetlobo porabi le pet odstotkov vse električne energije, preostali levji delež pa se pretvori v toploto.

Sodobnejši analogi, na primer fluorescenčne sijalke, najučinkoviteje pretvorijo električno energijo v svetlobo. Se pravi, približno dvajset odstotkov vse energije leži v osnovi svetlobe. Fosfor sprejema UV-sevanje, ki prihaja iz razelektritve, ki nastane v živosrebrovih hlapih ali inertnih plinih.

Najučinkovitejša izvedba svetlobnega delovanja toka se zgodi v. Električni tok, ki teče skozi pn spoj, izzove rekombinacijo nosilcev naboja z emisijo fotonov. Najboljši oddajniki svetlobe LED so polprevodniki z direktno režo. S spreminjanjem sestave teh polprevodnikov je mogoče ustvariti LED za različne svetlobne valove (različne dolžine in razpone). Učinkovitost LED doseže 50 odstotkov.

Mehanski pojav

Spomnimo se, da okoli prevodnika, po katerem teče električni tok, nastane magnetno polje. Vsa magnetna dejanja se pretvorijo v gibanje. Primeri vključujejo elektromotorje, magnetne dvižne enote, releje itd.

Leta 1820 je Andre Marie Ampère izpeljal znani "Amperov zakon", ki opisuje mehanski učinek enega električnega toka na drugega.

Ta zakon pravi, da se vzporedni vodniki, po katerih poteka električni tok v isti smeri, med seboj privlačijo, tisti v nasprotni smeri pa se nasprotno odbijajo.

Poleg tega amperov zakon določa velikost sile, s katero magnetno polje deluje na majhen del prevodnika, po katerem teče električni tok. Ta sila je osnova za delovanje elektromotorja.

Delovanje električnega toka

Obstaja šest učinkov električnega toka:

1. Toplotni učinek toka (ogrevanje grelnih naprav);
2. Kemični učinek toka (električni tok v raztopinah elektrolitov);
3. Magnetni učinek toka.
4. Svetlobni učinek toka.
5. Fiziološki učinek toka.
6. Mehansko delovanje toka.

Toplotni učinek toka

Kemični učinek toka

Magnetni učinek toka

Električni tok ustvarja magnetno polje, ki ga lahko zaznamo z njegovim delovanjem na trajni magnet. Če na primer približate kompas vodniku, po katerem teče električni tok, se bo igla kompasa, ki je trajni magnet, začela premikati. Če je bila igla kompasa sprva nameščena vzdolž silnic zemeljskega magnetnega polja, potem bo po približevanju prevodniku z električnim tokom igla usmerjena vzdolž silnic magnetnega polja prevodnika.

Tuljava, sestavljena iz navite žice in jedra, privlači kovinske delce. Ker sta tuljava in jedro izdelana iz različnih prevodnikov, se elektroni prenašajo na različne prevodnike.

Fundacija Wikimedia.

2010.

Oglejte si, kaj so "dejanja električnega toka" v drugih slovarjih:- 117. Omejitev preklopne zmogljivosti cikličnega delovanja električnega releja D. Schaltvermögen bei Schaltspielen E. Omejitev ciklične zmogljivosti F. Pouvoir limite de maneuver Največja vrednost toka, ki jo izhodno vezje električnega ... ...

GOST 19350-74: Električna oprema električnih tirnih vozil. Izrazi in definicije- Terminologija GOST 19350 74: Električna oprema električnih tirnih vozil. Izrazi in definicije originalni dokument: 48. Aktivno statično pritiskanje odjemnika toka Pritiskanje odjemnika toka na kontaktni vodnik ob počasnem povečevanju... ... Slovar-priročnik izrazov normativne in tehnične dokumentacije

- (skrajšano HIT) vir EMF, v katerem se energija kemičnih reakcij, ki potekajo v njem, neposredno pretvori v električno energijo. Vsebina 1 Zgodovina nastanka 2 Načelo delovanja ... Wikipedia

GOST R 52726-2007: AC ločilniki in ozemljitvena stikala za napetosti nad 1 kV in pogoni zanje. Splošni tehnični pogoji- Terminologija GOST R 52726 2007: AC ločilniki in ozemljitvena stikala za napetosti nad 1 kV in pogoni zanje. Izvirni dokument splošnih tehničnih pogojev: 3.1 Koda IP: sistem kodiranja, ki označuje stopnje zaščite, ki jih zagotavlja... ... Slovar-priročnik izrazov normativne in tehnične dokumentacije

Ta stran potrebuje temeljito revizijo. Morda ga bo treba Wikificirati, razširiti ali prepisati. Obrazložitev razlogov in razprava na strani Wikipedije: K izboljšavi / 23. oktober 2012. Datum določitve izboljšave 23. oktober 2012 ... Wikipedia

Naprave, ki pretvarjajo različne vrste energije v električno. Glede na vrsto pretvorjene energije lahko vire energije delimo na kemične in fizikalne. Podatki o prvih kemičnih elektrokemičnih členih (galvanskih členih in baterijah) ... ... Velika sovjetska enciklopedija

P. d. je samorazmnoževalni val sprememb membranskega potenciala, ki se zaporedno izvaja do aksona nevrona in prenaša informacije. od celičnega telesa nevrona do samega konca njegovega aksona. Pri normalnem prenosu informacij. v živčnih mrežah P... Psihološka enciklopedija

MOBILNOST TRENUTNEGA NOSILCA- količina, ki označuje električne lastnosti (glej) in polprevodnike (glej), ki je enaka razmerju med povprečno dinamično hitrostjo gibanja tokovnih nosilcev (elektronov, ionov, lukenj) v smeri električnega polja in intenziteto E ... ... Velika politehnična enciklopedija

Izum aerotermalnih elektrarn je povezan z opazovanjem toplotnih zračnih tokov, ki se dvigajo v ozračje. Idealno jih je videti laminarno, vendar je to težka naloga, vedno bodo izpostavljeni turbulencam in ... ... Wikipedia

detonator z zakasnitvijo- Eksplodira ob določenem času, potem ko skozenj steče električni tok. Uporablja se pri pripravi usmerjene eksplozije usmerjeni naboj Teme... ... Priročnik za tehnične prevajalce

knjige

• Električna varnost, Kisarimov R.A.. 336 str. Knjiga podaja pregled nevarnosti električnega udara v vsakdanjem življenju in pri delu ter preučuje vpliv električnega toka na človeka glede na jakost toka.…

O vzrokih in naravi magnetnih silnic (MFL), ki nastanejo v bližini trajnih magnetov in vodnikov s tokom. V prejšnjem članku sem domneval, da magnetno polje v bližini trajnega magneta ali prevodnika s tokom predstavlja interferenčni vzorec MSL z različno intenzivnostjo. Izrazu MSL pripisujem določen fizični pomen. To niso le geometrijske črte, temveč del kompleksne strukture magnetnega polja, ki je sestavljeno iz mikroskopskih valov, ki imajo magnetne lastnosti. Ko je kos železa ali železnih opilkov izpostavljen magnetnemu polju trajnega magneta, je to polje zunanje (EMF) glede na kos železa ali železne opilke. VMF najprej inducira lastno magnetno polje (SMF) v kosu železa ali v železnih opilkih, nato pa s tem SMF sodeluje prek njihovega MFL.

To velja tudi za vodnike, po katerih teče tok. Dokler obstaja tok v vodnikih zaprtega tokokroga (kar pomeni, da je okoli vodnikov SMP), VMF sodeluje s SMP vodnikov prek njihovega MSL. Kadar v prevodniku ni toka in zato ni MSL okoli vodnika, EMF ne deluje na sam prevodnik, čeprav njegovi MSL prodrejo v mikrostrukturo prevodnika.

V tem članku bomo govorili o interakciji magnetov in prevodnikov s tokom skozi MSL.

Spomnimo se, kaj je o tem znanega iz znanstvenih publikacij. Kot smo že omenili, je G. Oersted leta 1820 eksperimentalno pokazal interakcijo magneta in prevodnika s tokom. Obnašanje magnetne igle v bližini prevodnika z enosmernim tokom je pokazalo, da je okoli tega vodnika magnetno polje. Kasneje je bila vzpostavljena tesna povezava med magnetnim poljem in tokom. Če povzame svoje poskuse, je Oersted pokazal, da prisotnost toka v prevodnikih zaprtega vezja, ne glede na njihovo naravo, vedno povzroči nastanek MSL magnetnega polja okoli prevodnikov tega vezja. Interakcija MSL prevodnika z MSL magnetne igle povzroči, da ta obrne enega od svojih polov proti vodniku s tokom.

Leta 1821 je francoski znanstvenik A. Ampere ugotovil razmerje med elektriko in magnetizmom v primeru električnega toka, ki teče skozi vezje, in odsotnost takega razmerja v statični elektriki.

Če želite preveriti, ali je navedena interakcija MSL medsebojna, tj. ali magnet deluje na vodnik s tokom, je bil izveden naslednji poskus (slika 1). Prevodnik z enosmernim tokom je bil obešen nad mirujočim permanentnim magnetom. Izkazalo se je, da se vodnik, po katerem teče tok, obnaša podobno kot magnetna igla.

Zanimiv je poskus s prožnim vodnikom, ki se nahaja v neposredni bližini vzporednega trakastega magneta. Ko se je v vodniku pojavil tok, se je ta ovil okoli magnetnega traku (slika 2). To je pokazalo, da so se MSL pojavili okoli vsakega odseka prevodnika s tokom, ki je sodeloval z MSL magnetnega traku.

Enako je ugotovil D. Arago, ki je v svojem poskusu opozoril na dejstvo, da če potopite izolirano žico, po kateri teče tok, v kovinske opilke, se opilki prilepijo nanjo po vsej dolžini, kot magnet. Ko je tok izklopljen, žagovina izgine.

Podobne interakcije so bile vzpostavljene med dvema prevodnikoma z enosmernim tokom, ki se nahajata blizu drug drugega. V poskusu (slika 3) sta dva vzporedna vodnika nameščena na kratki razdalji drug od drugega. Ti vodniki so se privlačili ali odbijali, odvisno od njegove smeri. V teh in drugih poskusih je bilo dokazano, da je magnetni učinek električnega toka podoben interakciji dveh magnetov.

Poskusi, ki smo jih obravnavali o interakciji magnetnih polj, kažejo, da so vse interakcije, tako v primeru trajnih magnetov kot med trajnimi magneti in vodniki s tokom ter med dvema vodnikoma s tokom, reducirane na interakcijo magnetnih polj skozi njihov MSL. Ob upoštevanju dejstva, da v praksi veliko število tehničnih naprav nastaja na podlagi interakcije magnetnih polj, zlasti na osnovi interakcije magnetnih polj in prevodnikov s tokom, bi morali predstaviti nekaj poskusov, ki jih kasneje bo treba pojasniti nekatere pojave na tem področju.

Razmislite o naslednjem poskusu interakcije magnetnega polja in prevodnika s tokom. V magnetnem polju podkvastega magneta je raven odsek prevodnika, po katerem teče tok. (slika 4). Če spremenite smer toka v prevodniku in spremenite njegovo lokacijo glede na smer magnetnega polja, lahko določite smer sile, ki deluje na prevodnik. Ko je tok vklopljen (odvisno od njegove smeri), lahko vodnik potegnemo v magnet ali potisnemo iz magneta. V tem primeru magnetno polje deluje na vodnik s tokom le, če se nahaja pravokotno na smer polja MSL. Ko sta vodnik in MSL vzporedna, polje interakcije ne nastane.

Silo, ki deluje na vodnik s tokom v magnetnem polju, določimo iz razmerja:

F= k*H*I*L*sina,

kjer je H jakost magnetnega polja, I je jakost toka, L je dolžina ravnega odseka prevodnika, a je kot med H in I.

Ta odnos se imenuje Amperov zakon. V praksi imamo v večini primerov opravka z vodniki različnih oblik, po katerih teče tok, in vpliv magnetnega polja na takšne vodnike s tokom je precej zapleten. Poglejmo, kako magnetno polje deluje na preproste oblike vodnikov s tokom v obliki tuljave ali solenoida.

Tuljava s tokom, kot so pokazali poskusi, je podobna ploščatemu magnetu, katerega poli (severni in južni) se nahajajo na nasprotnih ravninah tuljave. Poli so pravokotni na ravnine tuljave, po kateri teče tok. Kateri od teh polov je severni in kateri južni, lahko določite s pravilom gimleta. Severni pol tuljave s tokom je določen s smerjo njegove vrtilne ročice - analogija smeri MSL. Če gimlet privijete v smeri toka, bodo MSL, ki izhajajo iz ravnine tuljave, usmerjeni proti severnemu polu. Magnetni poli solenoida so določeni na enak način.

Zunanje magnetno polje, ki deluje na tuljavo s tokom, jo ​​vrti tako, da je MSL tuljave vzporedna z MSL zunanjega magnetnega polja. Za analizo sil, ki delujejo na tuljavo s tokom, je priročno, da je pravokotne oblike. V tem primeru predpostavimo, da sta dve stranici tuljave vzporedni s smerjo magnetnega polja, drugi dve pa pravokotni (slika 5). Na prvi dve strani tuljave magnetno polje ne vpliva, drugi dve strani tuljave pa sta izpostavljeni enakim in nasprotnim magnetnim silam, ki jih ustvarja nasprotna smer toka. Te sile tvorijo navor, ki obrne tuljavo s tokovno ravnino pravokotno na smer magnetnega polja. Na drugi strani tuljave deluje magnetno polje na dve enaki, a nasprotno usmerjeni sili, ki težita k deformaciji (stiskanju ali raztegovanju) tuljave glede na smer toka.

Na podlagi rezultatov zgornjih in drugih poskusov je mogoče narediti naslednje zaključke.

Magnetno polje deluje na ravni del vodnika s tokom s silo, katere smer je pravokotna na smer toka in smer MSL magnetnega polja;

Magnetno polje ustvarja navor, ki teži k vrtenju tuljave ali solenoida, tako da smer od južnega pola tuljave ali solenoida do severnega pola sovpada s smerjo polja;

Magnetno polje ne deluje na vodnike s tokom, ki se nahajajo vzdolž smeri MSL;

MSL niso le geometrijske črte, temveč del kompleksne strukture magnetnega polja, ki je sestavljeno iz mikroskopskih valov, ki imajo magnetne lastnosti.

O naravi in ​​značilnostih teh in drugih sil bomo govorili v naslednjem članku.

»Ker sem sile, ki se kažejo v električnih pojavih, dolgo smatral za univerzalne naravne sile, sem moral sklepati iz tega magnetnega delovanja. Zato sem domneval, da morajo električne sile, ko so v močno vezanem stanju, nekaj vplivati ​​na magnet.

Tedaj nisem mogel izvesti poskusa, da bi ga preizkusil, ker sem potoval in je bila moja pozornost v celoti zaposlena z razvojem kemijskega sistema 4 .

Hans Christian Oersted

Oerstedovo odkritje, narejeno leta 1819 in objavljeno leta 1820, je bilo naslednje. Oersted je ugotovil, da če se v bližini magnetne igle, katerega smer sovpada s smerjo magnetnega poldnevnika, postavi ravni prevodnik in skozi njega teče električni tok, se magnetna igla odkloni. Oersted ni določil velikosti momenta sile, ki deluje na magnetno iglo pod vplivom električnega toka. Opozoril je le, da je kot, pod katerim igla odstopi pod vplivom toka, odvisen od razdalje med njo in tokom, pa tudi, v sodobnem jeziku, od jakosti toka (v Oerstedovem času je imel koncept jakosti toka še ni trdno uveljavljen).

Oerstedova teoretična razmišljanja o njegovem odkritju niso bila dovolj jasna. Rekel je, da na okoliških točkah v prostoru nastane »električni konflikt«, ki ima vrtinčni značaj okoli vodnika. Ørsted je članek, v katerem je bilo to odkritje prvič objavljeno, poimenoval »Poskusi v zvezi z učinkom električnega konflikta na magnetno iglo«.

Andre Marie Ampere

Oerstedovo odkritje je vzbudilo veliko zanimanje in je bilo spodbuda za nove raziskave. Tudi leta 1820 so bili pridobljeni novi rezultati. Tako je Arago pokazal, da prevodnik, po katerem teče tok, deluje na železne predmete, ki se namagnetijo. Francoska fizika Biot in Savard sta vzpostavila zakon delovanja ravnega prevodnika, po katerem teče tok, na magnetno iglo. S postavitvijo magnetne igle blizu ravnega vodnika po katerem teče tok in opazovanjem spreminjanja nihajne periode te igle glede na razdaljo do vodnika so ugotovili, da sila, ki deluje na magnetni pol s strani ravnega vodnika po katerem teče tok je usmerjena pravokotno na vodnik in premico, ki povezuje vodnik s polom, njena velikost pa je obratno sorazmerna s to razdaljo. Ta rezultat je bil analiziran in po uvedbi koncepta tokovnega elementa je bil uveden zakon, znan kot Biot-Savartov zakon.

Tudi leta 1820 je nov pomemben rezultat na področju elektromagnetizma dosegel Francoz Andre Marie Ampère (1775-1836). V tem času je bil Ampere že znan znanstvenik; Poleg tega sta Ampera privlačili biologija in geologija. Močno se je zanimal za filozofijo in ob koncu življenja je napisal veliko delo "Študija o filozofskih znanostih", posvečeno vprašanju klasifikacije znanosti. Amperejev svetovni nazor se je v veliki meri oblikoval pod vplivom francoskih pedagogov in materialistov. Njegovi pogledi na fizikalne pojave so se razlikovali od pogledov večine njegovih sodobnikov. Nasprotoval je konceptu "breztežnosti". "Ali je res potrebno," je rekel Ampere, "iznajti posebno tekočino za vsako novo skupino pojavov?" Ampère je zelo hitro sprejel valovno teorijo svetlobe, ki je po Aragovih besedah ​​skupaj z Ampèrovo lastno teorijo, ki je magnetne pojave razlagala z električnimi, »postala njegova najljubša teorija« 5 . Ampere je bil nasprotnik kalorične teorije in je verjel, da je bistvo toplote v gibanju atomov in molekul. Napisal je celo članek o valovni teoriji svetlobe in teoriji toplote. V začetku septembra 1820 je Arago obvestil francoske akademike o Oerstedovem odkritju in kmalu demonstriral svoje poskuse na zasedanju Pariške akademije znanosti. Ampera je to odkritje zelo zanimalo. Najprej ga je spodbudilo k razmišljanju o možnosti redukcije magnetnih pojavov na električne in odpravi ideje o posebni magnetni tekočini. Kmalu je Ampere že poročal o svojih novih hipotezah in govoril o poskusih, ki naj bi jih potrdili. V kratkem povzetku svojega prvega poročila je Ampère zapisal:

»Pojave, ki jih je opazil g. Oersted, sem zmanjšal na dve splošni dejstvi; pokazal sem, da tok, ki obstaja v voltaičnem stebru, deluje na magnetno iglo na enak način kot tok povezovalne žice. Opisal sem poskuse, s katerimi sem ugotovil privlačnost ali odboj celotne magnetne igle pod delovanjem vezne žice. Opisal sem naprave, ki sem jih nameraval sestaviti, med drugim tudi galvanske vijake in spirale. Poudaril sem, da bodo slednji v vseh primerih povzročili enaka dejanja kot magneti. Nato sem se dotaknil nekaterih podrobnosti v zvezi z mojim pogledom na magnete, po katerem svoje lastnosti dolgujejo izključno električnim tokom, ki se nahajajo v ravninah, pravokotnih na njihovo os. Dotaknil sem se tudi nekaterih podrobnosti glede podobnih tokov, ki sem jih domneval v svetu. Tako sem vse magnetne pojave reduciral na čisto električna dejanja." 6 .

Konec 1820 - začetek 1821 je naredil več kot deset poročil. V njih je Ampère poročal o svojih eksperimentalnih raziskavah in teoretičnih razmišljanjih. Ampere je eksperimentalno prikazal medsebojno delovanje dveh ravnih vodnikov s tokom, medsebojno delovanje dveh sklenjenih tokov itd. Pokazal je tudi medsebojno delovanje solenoida in magneta; enakovredno obnašanje solenoida in magnetne igle v polju zemeljskega magnetizma in vrsta drugih poskusov.

Amperove teoretične ugotovitve so bile razvoj idej, ki jih je izrazil v svojem prvem sporočilu: zdaj so bile potrjene z eksperimentalnimi raziskavami. Lastnosti magneta je pojasnil s prisotnostjo tokov v njem, medsebojno delovanje magnetov pa z medsebojnim delovanjem teh tokov. Sprva je Ampere te tokove smatral za makroskopske; malo kasneje je prišel do hipoteze o molekularnih tokovih. Ampere razvija tudi ustrezno stališče do vprašanja zemeljskega magnetizma, saj verjame, da znotraj Zemlje tečejo tokovi, ki določajo njeno magnetno polje.

Amperejeva teoretična razmišljanja so naletela na ugovore nekaterih fizikov. Ni vsakdo mogel takoj zavrniti obstoja "magnetne tekočine". Poleg tega se zdi, da se Ayperjevi pogledi ne ujemajo s splošnim razumevanjem fizikalnih pojavov; zlasti so predpostavljali prisotnost sil, ki niso odvisne le od razdalje, ampak tudi od gibanja (od moči toka). Nazadnje se lahko zdi, da so modifikacija kartezijanskih idej. Dejansko je Ampere govoril v kartezijanskem duhu o silah, ki delujejo med električnimi tokovi. Zapisal je, da jo je »skušal razložiti (silo – B.S.) z reakcijo tekočine, razpršene v prostoru, katere vibracija povzroči svetlobni pojav« 7

Vendar takšno sklepanje ni tipično za Ampereja in njegovo glavno delo se imenuje "Teorija elektrodinamičnih pojavov, izpeljana izključno iz izkušenj."

Posebno aktiven nasprotnik Amperove teorije je bil Biot, ki je predlagal drugačno razlago medsebojnega delovanja električnih tokov. Verjel je, da ko električni tok teče skozi prevodnik, so pod njegovim delovanjem kaotično nameščeni magnetni dipoli, ki so prisotni v prevodniku, usmerjeni na določen način. Zaradi tega prevodnik pridobi magnetne lastnosti in nastanejo sile, ki delujejo med vodniki, po katerih teče električni tok.

Ampere je nasprotoval tej teoriji, ki je temeljila na Faradayevem odkritju tako imenovane elektromagnetne rotacije. Faraday je s posebno napravo (slika 51) ugotovil dejstvo neprekinjenega vrtenja magneta okoli toka in toka okoli magneta (1821). Amper je napisal/a:

»Takoj ko je bilo objavljeno odkritje prvega neprekinjenega rotacijskega gibanja Faradayja, sem takoj videl, da popolnoma ovrže to hipotezo, in to so izrazi, s katerimi sem izrazil svojo misel ... Gibanje, ki se nenehno nadaljuje v eno smer , kljub trenju, kljub uporu medija in še več, gibanje, ki ga povzroča interakcija dveh teles, ki ves čas ostajata v istem stanju, je dejstvo brez primere med vsem, kar vemo o lastnostih anorganske snovi. Dokazuje, da delovanje, ki izhaja iz galvanskih vodnikov, ne more biti posledica posebne porazdelitve nekaterih tekočin, ki so v teh vodnikih v stanju mirovanja, čemur dolgujejo svoj izvor običajna električna privlačenja in odboja. To dejanje je mogoče pripisati samo tekočinam, ki se premikajo v prevodniku in se hitro prenašajo z enega konca na drugega." 8 .

Dejansko je brez stalne razporeditve centrov sil (kot so Biotovi magnetni dipoli) mogoče doseči njihovo neprekinjeno gibanje, tako da se vedno vrnejo v prvotni položaj. V nasprotnem primeru bi bilo načelo nezmožnosti večnega gibalca ovrženo.

Ko je odkril interakcijo tokov, enakovrednost magneta in solenoida itd., Kot tudi postavil številne hipoteze, si je Ampere zadal nalogo, da ugotovi kvantitativne zakone te interakcije. Da bi jo rešili, je bilo naravno postopati na podoben način, kot je bilo storjeno v teoriji gravitacije ali elektrostatike, namreč zamisliti si interakcijo končnih prevodnikov s tokom kot rezultat popolne interakcije infinitezimalnih elementov prevodnikov, skozi katere teče električni tok in tako ta problem zmanjšamo na iskanje diferencialnega zakona , ki določa jakost interakcije med elementi vodnikov, po katerih teče tok, ali med elementi tokov.

Vendar je ta naloga težja od ustrezne naloge v teoriji gravitacije ali elektrostatike, saj imata koncepta materialne točke ali točkastega naboja neposreden fizikalni pomen in je z njima mogoče izvajati poskuse, element električnega toka pa je imel takega pomena in ga takrat ni bilo mogoče uresničiti. Ampere postopa takole. Na podlagi znanih eksperimentalnih podatkov postavlja hipotezo, da je sila interakcije med elementi prevodnikov s tokom naslednja:

kjer sta i 1 in i 2 jakost toka, ds 1 in ds 2 sta elementa prevodnikov, r je razdalja med elementi, n je neko (še neznano) število, Φ (ε, θ 1, &theta 2 ; ) je še neznana funkcija kotov, ki določajo relativni položaj elementov prevodnika (slika 52).

Te predpostavke so različne narave. Tako predpostavka o odvisnosti dF od toka izhaja neposredno iz poskusov. Predpostavko, da mora biti sila dF sorazmerna z ds 1 in ds 2 ter z neko še neznano funkcijo kotov, lahko prav tako obravnavamo kot posledico, pridobljeno s poskusi, čeprav ne neposredno. Predpostavka o odvisnosti dF od razdalje med elementi okovov temelji seveda le na domnevni analogiji s silami gravitacije oziroma silami interakcije med električnimi naboji.

Možno je določiti n in izraz kotne funkcije Φ (ε, θ 1, &theta 2 ;) z merjenjem medsebojnih sil med vodniki s tokom, ki se različno nahajajo glede na drugega, različnih velikosti in oblik. Toda v Amperovem času je bilo to zelo težko narediti, saj so bili tokovi majhni. Ampere se je rešil iz situacije s preučevanjem primerov ravnovesja prevodnikov s tokovi različnih lokacij in različnih oblik. Kot rezultat je določil n in Φ (ε, θ 1, &theta 2 ;) in dobil končni rezultat za zakon interakcije tokovnih elementov:

V vektorski obliki in ustreznih enotah ima ta zakon obliko

kjer je dFi3 sila, ki deluje na drugi tokovni element.

Tako se zakon, ki ga je določil Ampere, razlikuje od zakona interakcije dveh elementov tokov, ki se trenutno imenuje Amperejev zakon in je izražen s formulo

Napaka, ki jo je naredil Ampere, ni vplivala na rezultate izračunov, saj je bil zakon naravno uporabljen za preproste primere določanja interakcije zaprtih vodnikov z enosmernimi tokovi. V tem primeru obe formuli vodita do istega rezultata, saj se med seboj razlikujeta za znesek, ki pri integraciji preko zaprte zanke daje nič.

Leta 1826 je bilo objavljeno Amperejevo glavno delo "Teorija elektrodinamičnih pojavov, ki izhajajo izključno iz izkušenj". V tej knjigi je Ampere sistematično predstavil svoja raziskovanja elektrodinamike in še posebej predstavil izpeljavo zakona medsebojnega delovanja tokovnih elementov. Na koncu pregleda Amperejevih del je treba opozoriti, da je uporabil koncept in * izraz "moč toka", pa tudi koncept "napetosti", čeprav ni podal jasne in natančne formulacije teh konceptov . Ampere je prišel tudi na idejo, da bi ustvaril napravo za merjenje jakosti toka (ampermeter). Nazadnje je treba poudariti, da je Ampere predlagal idejo o elektromagnetnem telegrafu, ki je bila nato uresničena v praksi.

Pomemben dosežek elektrodinamike v prvi polovici 19. stoletja. je bila vzpostavitev zakonov enosmernega tokokroga. Že v začetku 19. stol. domneva se, da je moč toka (učinek toka) v vezju odvisna od lastnosti vodnikov. Torej, večji kot je presek vodnikov, večji je Petrov element. Nekoliko kasneje je odvisnost kemijskega učinka toka na vodnike ugotovil Davy, ki je pokazal, da je ta učinek večji, čim krajši so vodniki in večji je njihov presek.

Georg Ohm

Sredi dvajsetih let prejšnjega stoletja je nemški fizik Georg Ohm (1787-1854) začel raziskovati tokokroge enosmernega toka. Najprej je Ohm eksperimentalno ugotovil, da je velikost električnega toka odvisna od dolžine vodnikov, njihovega preseka in števila galvanskih elementov, vključenih v vezje. Za merjenje toka je Ohm uporabil preprost galvanometer, ki je bil torzijska tehtnica z magnetno iglo, obešeno na nit; Pod puščico smo postavili vodnik, povezan z električnim tokokrogom. Ko je skozi vodnik stekel električni tok, se je magnetna igla odklonila. Ohm je z vrtenjem glave torzijske tehtnice in kazalcem postavil v prvotni položaj, izmeril moment sil, ki delujejo na mali kazalec. Tako kot Ampere je verjel, da je velikost tega trenutka sorazmerna z močjo toka.

riž. 53. Ohmova naprava (Ohmove risbe)

Najprej je Ohm raziskal odvisnost toka od dolžine prevodnika, priključenega na vezje. Kot vir toka je uporabil termoelement iz bizmuta in bakra (sl. 53) Bizmutova palica bb" v obliki črke P je povezana z bakrenimi trakovi. Ohm je ugotovil, da je "moč magnetnega delovanja" tok (moč toka) preučevanega prevodnika je določen s formulo

X=a/(b+x),

kjer je x dolžina prevodnika, a in b sta konstanti, a je odvisna od vzbujalne sile termoelementa (erregende Kraft) in b - od značilnosti preostalega vezja, vključno s termoelementom.

Ohm je nato ugotovil, da če na tokokrog ni priključen ne en, ampak m enakih virov toka, potem "moč magnetnega delovanja toka"

X=ma/(mb+x).

Ohm je tudi ugotovil, kako je jakost toka X v prevodniku odvisna od njegove dolžine in prereza. To je ugotovil

X = kw a/l,

kjer je k koeficient prevodnosti prevodnika (Leitungsvermogen), w prečni prerez in l dolžina prevodnika ter električna napetost na njegovih koncih (Electrische Spannung).

Ohm je raziskoval porazdelitev električnega potenciala "elektroskopske sile" vzdolž homogenega prevodnika, po katerem teče tok. Za to je uporabil elektrometer, ki ga je povezal z različnimi točkami vodnika, ko je bila ena od točk vodnika ozemljena. Končno je Ohm poskušal teoretično doumeti vzorce, ki jih je odkril. Izhajal je iz ideje električnega toka kot toka električne energije vzdolž prevodnika. Potegnil je analogijo med električnim tokom in toplotnim tokom. Verjel je, da tako kot tok toplote tudi električna energija teče skozi prevodnik od ene plasti ali elementa do drugega bližnjega. Toplotni tok je določen s temperaturno razliko v bližnjih plasteh palice, skozi katere ta toplota teče (tj. temperaturni gradient). Podobno Ohm meni, da mora biti tok električne energije določen z razliko v električni sili v bližnjih delih prevodnika. Napisal je:

»Verjamem, da je velikost prenosa (elektrike. - B.S.) med dvema bližnjima elementoma, v drugih enakih okoliščinah, sorazmerna z razliko v električni sili v teh elementih, tako kot je pri študiju toplote sprejeto, da prenos toplote med dvema elementoma toplote je sorazmeren njunima temperaturnima razlikama" 9 .

Z električno silo tukaj Ohm ne razume jakosti električnega polja, temveč vrednost, ki jo pokaže elektroskop, priključen na katero koli točko vodnika, če je ena od točk galvanskega kroga ozemljena, to je potencialna razlika. Ohm je to količino imenoval tudi "elektroskopska sila".

Kot se pogosto zgodi, preveč razširjena analogija vodi do napak. Tako je Ohm iz dejstva, da je temperatura sorazmerna s količino toplote, zmotno sklepal, da je "elektroskopska sila" v prevodniku sorazmerna s količino elektrike v vsaki točki. Pri reševanju problema širjenja potenciala vzdolž tokovnega tokokroga je Ohm verjel, da je s tem našel količino električne energije na ustreznih mestih prevodnika.

Zakon, ki ga je odkril Ohm in nosi njegovo ime, ni bil takoj priznan. Že v tridesetih letih prejšnjega stoletja so bili o njem izraženi dvomi in opažene omejitve njegove uporabe. Toda v številnih delih različnih fizikov, ki so uporabljali naprednejše merilne metode, so bili Ohmovi zaključki potrjeni in njegov zakon je prejel splošno priznanje. S tem so bile popravljene tudi Ohmove napačne predstave.

Kirchhoff je v svojih delih iz leta 1845-1848 pojasnil koncept "elektroskopske sile". Ugotovil je istovetnost pojma te količine in pojma potenciala v elektrostatiki. Kirchhoff je postavil tudi dobro znana pravila za električna vezja.

Več kot 15 let po odkritju Ohmovega zakona je bil uveljavljen zakon, ki določa količino toplote, ki jo ustvari električni tok v tokokrogu; poskusno sta jo vzpostavila Anglež Joule (1843) in neodvisno šentpeterburški akademik E. H. Lenz (1844). Trenutno se imenuje Joule-Lenzov zakon.

1 Glej: Jones W. Življenje in pisma Faradayja. vol. II. London, 1870 str. 395.
2 Oersted H. Ch. Der Geist und der Natur B. 2, MCnchen, 1851, S. 435.
3 Winterl I. Darstellung der vier Bestandtheil der anorganischen Natur. Verna, 1804.
4 Oersted H. Ch. J. Chem. Phys., B. 32, 1821, s. 200-201.
5 Arago F. Biografije slavnih astronomov, fizikov in geometrov. T. II. Sankt Peterburg, I860, str. 304.
6 Ampere A. M. Elektrodinamika. M., Založba Akademije znanosti ZSSR, 1954, str. 410-411.
7 Ampere A. M. Elektrodinamika, str. 124.
8 Ampere A. M. Elektrodinamika, str. 127-128.
9 Ohm G. Gesammelte Adhandlungen. Leipzig, 1892, S. 63.

Možni obstoj tesne povezave med elektriko in magnetizmom so predlagali že prvi raziskovalci, ki jih je zadela analogija elektrostatičnih in magnetostatičnih pojavov privlačnosti in odbijanja. Ta ideja je bila tako razširjena, da sta jo najprej Cardan, nato pa Hilbert, imela za predsodek in na vse možne načine poskušala pokazati razliko med tema dvema pojavoma. Toda ta domneva se je znova pojavila v 18. stoletju, z večjo upravičenostjo, ko je bil ugotovljen magnetizirajoči učinek strele, Franklinu in Beccarii pa je uspelo doseči magnetizacijo z razelektritvijo Leydenskega kozarca. Coulombovi zakoni, ki so formalno enaki za elektrostatične in magnetostatske pojave, so spet izpostavili ta problem.

Potem ko je Voltova baterija dolgo časa omogočala proizvajanje električnega toka, so poskusi odkrivanja povezave med električnimi in magnetnimi pojavi postali vse pogostejši in intenzivnejši. A kljub intenzivnemu iskanju je bilo treba na odkritje čakati kar dvajset let. Vzroke za tako zamudo je treba iskati v znanstvenih predstavah, ki so takrat prevladovale. Vse sile so razumeli le v Newtonovem smislu, torej kot sile, ki delujejo med snovnimi delci vzdolž premice, ki jih povezuje. Raziskovalci so si zato prizadevali odkriti tovrstne sile s konstruiranjem naprav, s katerimi so upali zaznati domnevno privlačnost ali odbojnost med magnetnim polom in električnim tokom (ali splošneje med »galvansko tekočino« in magnetno tekočino) oz. s poskusom magnetiziranja jeklene igle in usmerjanja toka skozi njo.

Tudi Gian Domenico Romagnosi (1761-1835) je poskušal odkriti interakcijo med galvansko in magnetno tekočino v poskusih, ki jih je opisal v članku iz leta 1802, ki so ga Guglielmo Libri (1803-1869), Pietro Configliacchi (1777-1844) in mnogi drugi kasneje omenjeno , pri čemer je Romagnosiju pripisal prednost tega odkritja. Dovolj pa je, da preberete ta članek, da se prepričate, da v Romagnosijevih poskusih, izvedenih z baterijo odprtega tokokroga in magnetno iglo, električnega toka sploh ni bilo in je zato največ, kar je lahko opazil, navadna elektrostatika. ukrepanje.

Ko je 21. julija 1820 danski fizik Hans Christian Oersted (1777-1851) v zelo jedrnatem štiristranskem članku (v latinščini) z naslovom Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam opisal temeljni poskus elektromagnetizma. , ki dokazuje, da tok v ravnem vodniku, ki teče vzdolž poldnevnika, odklanja magnetno iglo od smeri poldnevnika, je bilo zanimanje in presenečenje znanstvenikov veliko ne le zato, ker je bila dosežena dolgo iskana rešitev problema, ampak tudi zato, ker Nova izkušnja je, kot je takoj postalo jasno, nakazovala silo ne-newtonskega tipa.

Pravzaprav je bilo iz Oerstedovega eksperimenta jasno razvidno, da sila, ki deluje med magnetnim polom in tokovnim elementom, ni usmerjena vzdolž ravne črte, ki ju povezuje, temveč vzdolž normale na to ravno črto, tj. je, kot so takrat rekli , "obračajoča sila." Pomen tega dejstva se je čutil že takrat, čeprav je bil v celoti spoznan šele mnogo let pozneje. Oerstedova izkušnja je povzročila prvo razpoko v Newtonovem modelu sveta.

V težavah, v katerih se je znašla znanost, lahko sodimo na primer po zmedi, v kateri so bili italijanski, francoski, angleški in nemški prevajalci, ko so prevedli Oerstedov latinski članek v svoj materni jezik. Pogosto so po dobesednem prevodu, ki se jim je zdel nejasen, v opombi navedli latinski izvirnik.

V Oerstedovem članku namreč še danes ostaja nejasna razlaga, ki jo skuša podati pojavom, ki jih je opazoval in ki so po njegovem mnenju nastali zaradi dveh nasprotno usmerjenih spiralnih gibanj okoli prevodnika »električne snovi, oziroma pozitivne oz. negativno."

Edinstvenost pojava, ki ga je odkril Ørsted, je takoj pritegnila veliko pozornosti eksperimentalcev in teoretikov. Arago, ki se je vrnil iz Ženeve, kjer je bil prisoten pri podobnih poskusih, ki jih je ponovil De la Rive, je o njih govoril v Parizu in septembra istega leta 1820 je sestavil svojo znamenito instalacijo z navpičnim vodnikom toka, ki poteka skozi vodoravno nameščen kos kartona. posut z železno žagovino. Vendar ni našel krogov železnih opilkov, ki jih običajno opazimo pri tem poskusu. Eksperimentatorji jasno vidijo te kroge, odkar je Faraday predstavil teorijo o "magnetnih krivuljah" ali "črtah sile". Dejansko si morate pogosto, da bi nekaj videli, to resnično želeti! Arago je videl le, da je prevodnik, kot se je izrazil, »zataknjen z železnimi opilki, kot bi bil magnet«, iz česar je sklepal, da »tok povzroča magnetizem v železu, ki ni bilo predhodno magnetizirano«.

Istega leta 1820 je Biot prebral dve poročili (30. oktobra in 18. decembra), v katerih je poročal o rezultatih eksperimentalne študije, ki sta jo opravila s Savartom. Ko je poskušal odkriti zakon, ki določa odvisnost velikosti elektromagnetne sile od razdalje, se je Biot odločil uporabiti metodo nihanja, ki jo je pred tem uporabljal Coulomb. Da bi to naredil, je sestavil napravo, sestavljeno iz debelega navpičnega vodnika, ki se nahaja poleg magnetne igle: ko je tok v prevodniku vklopljen, igla začne nihati s periodo, odvisno od elektromagnetne sile, ki deluje na polih na različnih razdalje od središča igle do vodnika po katerem teče tok. Po merjenju teh razdalj sta Biot in Savard izpeljala znani zakon, ki danes nosi njuno ime, ki v svoji prvi formulaciji ni upošteval jakosti toka (še nista znala meriti).

Ko je spoznal rezultate poskusov Biota in Savarta, je Laplace opazil, da je delovanje toka mogoče obravnavati kot rezultat posameznih učinkov na poli puščice neskončnega števila neskončno majhnih elementov, na katere lahko razdelimo tok. , in iz tega sklepal, da vsak element toka deluje na vsak pol s silo , ki je obratno sorazmerna s kvadratom oddaljenosti tega elementa od pola. Dejstvo, da je Laplace sodeloval pri razpravi o tem problemu, navaja Biot v svojem delu Precis elementaire de physique expo-rimentale. V spisih Laplacea, kolikor vemo, ni niti kančka takšne pripombe, iz česar lahko sklepamo, da je to očitno izrazil v ustnem prijateljskem pogovoru s samim Biotom.

Da bi dopolnil svoje znanje o tej elementarni sili, je Biot poskušal, tokrat sam, eksperimentalno ugotoviti, ali in če je tako, kako se spremeni delovanje tokovnega elementa na pol s spremembo kota, ki ga tvorita smer toka in ravna črta, ki povezuje sredino elementa s polom. Poskus je obsegal primerjavo učinka, ki ga imata na isto puščico vzporedni tok in tok, usmerjen pod kotom. Iz podatkov Biotovega poskusa je z izračunom, ki ga ni objavil, a je bil gotovo napačen, kot je leta 1823 pokazal F. Savary (1797-1841), ugotovil, da je ta sila sorazmerna s sinusom kota, ki ga tvorita smer toka in ravna črta, ki povezuje zadevno točko s sredino tokovnega elementa. Tako je tisto, kar zdaj imenujemo "Laplaceov prvi osnovni zakon", v veliki meri Biotovo odkritje.

Mario Liezzi "Zgodovina fizike"