Рассмотрим опыт, проделанный датским учёным Х. Эрстедом в 1820 г. Взгляните на рисунок. В штативе закреплён провод, концы которого можно подключать к источнику постоянного тока. Рядом с проводом находится стрелка от компаса, надетая на иглу. Пока в проводе тока нет, стрелка указывает на север (рис. «а»). Теперь подключим концы провода к источнику тока. Мы увидим, что стрелка сразу же отвернётся от провода (см. рис. «б»). Стрелку можно переместить и в другое место вблизи провода, однако результат будет тем же: при включении тока стрелка будет поворачиваться, располагаясь перпендикулярно проводу.

Объясним эти наблюдения. Так как стрелка отклоняется, находясь в любом месте вблизи провода, значит, в пространстве вокруг провода существует силовое поле. Точнее говоря, в пространстве вокруг проводника с током существует магнитное поле. Знакомство с ним мы начали в § 8-з, описав существование магнитного действия тока.

Метод силовых линий, рассмотренный нами в § 8-д, применяют как для описания электрических, так и для описания магнитных полей. При этом силовыми линиями магнитного поля называют воображаемые линии, вдоль которых располагалась бы магнитная стрелка, помещаемая в различные точки этого поля. Рассмотрим пример.

На рисунке «в» изображена одна и та же магнитная стрелка, помещаемая в разных точках вокруг провода без тока на одинаковых расстояниях от него (см. опыт «а», вид сверху, зелёным кружком обозначен провод). Магнитная стрелка указывает в одну и ту же сторону (на север).

На рисунке «г» – та же стрелка, помещаемая в тех же точках вокруг провода с током в нём (см. опыт «б»). Ток условно показан красным крестиком внутри зелёного круга. Каждое положение стрелки перпендикулярно проводу, а вместе эти положения образуют окружность.

1. Перечислите оборудование для опыта Эрстеда.
2. Если в этом опыте в проводе отсутствует ток, то ...
3. Эта же стрелка при наличии в проводе тока ...
4. Мы утверждаем, что вокруг провода есть силовое поле, поскольку ...
5. Существующее вокруг провода силовое поле – это ...
6. Силовые линии магнитного поля – это ...
7. На рисунке «в» изображена магнитная стрелка, что и в опыте «а», ...
8. В этом случае магнитная стрелка ...
9. На рисунке «г», то есть при наличии тока в опыте «б», изображена ...
10. Наличие тока в направлении сверху вниз мы изобразили ...
11. При наличии тока в проводе мы видим, что ...

Продолжим изучение магнитного поля прямого проводника с током методом силовых линий. Пустим по проводу ток силой 5–10 А, вставив его в отверстие в листе картона, а сверху будем аккуратно сыпать мелкие железные опилки. Мы увидим, что они располагаются в виде окружностей, опоясывающих проводник (рис. «д»).

Такие линии образуются потому, что опилки намагничиваются и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелочкам: располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля, они разворачиваются, образуя множество кольцеобразных цепочек. Итак, силовые линии магнитного поля прямого проводника с током являются концентрическими окружностями, опоясывающими проводник.

Направлением силовой линии магнитного поля принято считать направление, куда указывает северный конец магнитной стрелки. Например, на рис. «г» расположение северных концов показывает, что силовые линии поля направлены по ходу часовой стрелки.

Если же изменить полярность подключения концов провода к «+» и «–», то стрелки развернутся на 180°, и силовые линии поля будут направлены против хода часовой стрелки (см. рис. «е»). В этом случае ток идёт из-за страницы к нам, что условно обозначено точкой внутри зелёного круга, символизирующего провод. Поэтому концы стрелки развернулись на 180° по сравнению с предыдущим опытом со стрелками (см. рис. «г»).

Для определения направления силовых линий магнитного поля прямого проводника с током есть специальные правила. Правило правой руки: если прямой проводник обхватить ладонью так, чтобы отогнутый большой палец указывал направление тока в проводнике, то оставшиеся пальцы укажут направление силовых линий магнитного поля. Это же правило известно и как «правило правого буравчика»: если буравчик с правой резьбой ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля.

12. В следующем опыте мы намерены продолжить ...
13. Для проведения опыта мы сделаем следующее: ...
14. В результате опыта мы обнаружим, что железные опилки ...
15. Почему насыпаемые железные опилки выстраиваются в линии?
16. Опыт с магнитными опилками помог нам установить, что ...
17. Какое направление приписывают линиям магнитного поля?
18. Почему мы считаем, что на рис. «г» силовые линии поля направлены по ходу часовой стрелки?
19. Рисунок «е» позволяет нам понять, что ...
20. Точка внутри зелёного круга, символизирующего провод, означает, что ...
21. Правила «правой руки» или «правого буравчика» служат ...
22. Как формулируется «правило правого буравчика»?