Опыт Эрстеда (ЕГЭ-ОГЭ)

Опыт Эрстеда — классический эксперимент датского физика Хансом Кристианом Эрстедом, проведённый в 1820 году, который продемонстрировал влияние электрического тока на магнит и установил взаимосвязь между электричеством и магнетизмом.

Для проведения опыта Эрстед поместил прямой металлический проводник параллельно магнитной стрелке компаса. В момент протекания через проводник электрического тока стрелка отклонялась от исходного положения и принимала почти перпендикулярное к проводу направление. При изменении направления тока стрелка совершала отклонение в обратную сторону. Сходный эффект наблюдался и тогда, когда проводник располагался под стрелкой.

Данный эксперимент продемонстрировал, что вокруг токоведущего проводника возникает магнитное поле, воздействующее на магнитную стрелку.

Когда электрический ток проходит через прямолинейный проводник, вокруг него возникает магнитное поле. Линии магнитной индукции этого поля образуют концентрические окружности с центром на оси проводника.

Величина магнитной индукции вокруг токоведущего проводника вычисляется по формуле:

${\displaystyle B={\dfrac {\mu _{0}I}{2\pi r}},}$

где:

• ${\displaystyle B}$ — магнитная индукция,
• ${\displaystyle \mu _{0}}$ — магнитная постоянная,
• ${\displaystyle I}$ — сила тока,
• ${\displaystyle r}$ — расстояние от проводника до точки наблюдения.

Магнитная стрелка с собственным магнитным моментом взаимодействует с этим полем. При этом на неё действует момент сил, который стремится повернуть стрелку перпендикулярно проводнику, то есть вдоль линий магнитной индукции.

• **Длинный прямой проводник с током**: линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности вокруг проводника. Их направление определяется **правилом правой руки**: если обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, то согнутые пальцы покажут векторы поля.

• **Замкнутый кольцевой проводник с током**: внутри кольца все линии магнитной индукции направлены в одном направлении, что приводит к усилению магнитного поля в центре.

• **Катушка с током (соленоид)**: в длинной катушке с током магнитное поле внутри однородно, а линии магнитной индукции параллельны её оси. Такое поле напоминает поле стержневого магнита.

Магнитная индукция внутри длинного соленоида рассчитывается по формуле:

${\displaystyle B=\mu _{0}nI,}$

где:

• ${\displaystyle n}$ — число витков на единицу длины катушки.

Опыт Эрстеда оказал огромное значение для осознания связи между электрическими и магнитными явлениями. Он продемонстрировал, что электрический ток является источником магнитного поля, что стало фундаментом для развития электромагнетизма и формирования теории электродинамики. Это открытие вдохновило на продолжение исследований таких учёных, как Андре-Мари Ампер и Майкл Фарадей.

Опыт Эрстеда подтвердил, что электрический ток генерирует магнитное поле, влияющее на магниты. Это открытие стало ключевым этапом в развитии физики, дав старт исследованию электромагнитных явлений и их практическому использованию в технике.