Продолжительное время электрические и магнитные поля изучались раздельно. Но в 1820 году датский учёный Ханс Кристиан Эрстед во время лекции по физике обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается возле проводника с током (см. Рис. 1). Это доказало магнитное действие тока. После проведения нескольких экспериментов Эрстед обнаружил, что поворот магнитной стрелки зависел от направления тока в проводнике.
Опыт Эрстеда
Рис. 1. Опыт Эрстеда
Для того чтобы представить, по какому принципу происходит поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током, рассмотрим вид с торца проводника (см. Рис. 2, ток направлен в рисунок, – из рисунка), возле которого установлены магнитные стрелки. После пропускания тока стрелки выстроятся определённым образом, противоположными полюсами друг к другу. Так как магнитные стрелки выстраиваются по касательным к магнитным линиям, то магнитные линии прямого проводника с током представляют собой окружности, а их направление зависит от направления тока в проводнике.
Расположение магнитных стрелок возле прямого проводника с током
Рис. 2. Расположение магнитных стрелок возле прямого проводника с током
Для более наглядной демонстрации магнитных линий проводника с током можно провести следующий опыт. Если вокруг проводника с током высыпать железные опилки, то через некоторое время опилки, попав в магнитное поле проводника, намагнитятся и расположатся по окружностям, которые охватывают проводник (см. Рис. 3).
Расположение железных опилок вокруг проводника с током
Рис. 3. Расположение железных опилок вокруг проводника с током (Источник)
Правило буравчика. Правило правой руки
Для определения направления магнитных линий возле проводника с током существует правило буравчика (правило правого винта) – если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока (см. Рис. 4).
Правило буравчика
Рис. 4. Правило буравчика (Источник)
Также можно использовать правило правой руки – если направить большой палец правой руки по направлению тока в проводнике, то четыре согнутых пальца укажут направление линий магнитного поля тока (см. Рис. 5).
Правило правой руки
Рис. 5. Правило правой руки (Источник)
Оба указанных правила дают один и тот же результат и могут быть использованы для определения направления тока по направлению магнитных линий поля.
Разветвление: Взаимодействие проводников с током в опытах Ампера
После открытия явления возникновения магнитного поля вблизи проводника с током Эрстед разослал результаты своих исследований большинству ведущих учёных Европы. Получив эти данные, французский математик и физик Ампер приступил к своей серии экспериментов и через некоторое время продемонстрировал публике опыт по взаимодействию двух параллельных проводников с током. Ампер установил, что если по двум расположенным параллельно проводникам течёт электрический ток в одну сторону, то такие проводники притягиваются (см. Рис. 6 б) если ток течёт в противоположные стороны – проводники отталкиваются (см. Рис. 6 а).
Опыт Ампера
Рис. 6. Опыт Ампера (Источник)
Из своих опытов Ампер сделал следующие выводы:
1. Вокруг магнита, или проводника, или электрически заряженной движущейся частицы существует магнитное поле.
2. Магнитное поле действует с некоторой силой на заряженную частицу, движущуюся в этом поле.
3. Электрический ток представляет собой направленное движение заряженных частиц, поэтому магнитное поле действует на проводник с током.
Разветвление: Задача на применение правила буравчика для прямого проводника с током
На рисунке 7 изображён проволочный прямоугольник, направление тока в котором показано стрелками. Используя правило буравчика, начертить возле сторон прямоугольника по одной магнитной линии, указав стрелкой её направление.
Иллюстрация к задаче
Рис. 7. Иллюстрация к задаче
Решение
Вдоль сторон прямоугольника (проводящей рамки) вкручиваем мнимый буравчик по направлению тока.
Вблизи правой боковой стороны рамки магнитные линии будут выходить из рисунка слева от проводника и входить в плоскость рисунка справа от него. Это обозначается с правила стрелы в виде точки слева от проводника и крестика справа от него (см. Рис. 8).
Аналогично определяем направление магнитных линий возле других сторон рамки.
Иллюстрация к задаче
Рис. 8. Иллюстрация к задаче
Образование магнитного поля вблизи катушки с током (соленоида)
Опыт Ампера, в котором вокруг катушки устанавливались магнитные стрелки, показал, что при протекании по катушке тока стрелки к торцам соленоида устанавливались разными полюсами вдоль мнимых линий (см. Рис. 9). Это явление показало, что вблизи катушки с током есть магнитное поле, а также что у соленоида есть магнитные полюса. Если изменить направление тока в катушке, магнитные стрелки развернутся.
1 Задание
а) Cu(OH)2 -> CuO + H2O;
Реакция разложения
б) 2HCl + Na2O -> 2NaCl + H2O;
Реакция обмена
в) 2KBr + Cl2 -> 2KCl + Br2;
Реакция замещения
г) 2Zn + O2 -> 2ZnO;
Реакция соединения.
а) Cu(OH)2 -> CuO + H2O
Реакция разложения
б) BaCl2 + Na2SO4 -> BaSO4 + 2NaCl
Реакция обмена
в) H2SO4 + Mg -> MgSO4 + H2
Реакция замещения
г) CO2 + H2O -> H2CO3
Реакция соединения.
а) Zn(OH)2 -> ZnO + H2O
Реакция разложения
б) Ba(NO3)2 + K2SO4 -> BaSO4 +2KNO3
Реакция обмена
в) 2HCI + Mg -> MgCl2 +H2
Реакция замещения
г) N2O5 + H2O -> 2HNO3
Реакция соединения.
2 Задание
Дано:
m(Mg)=12 г
V(H2)-?
1 Ур-е реакции:
Mg + 2HCI -> MgCl2 + H2
2 Найдем кол-во магния:
n=m/М
n(Mg)=12/24=0.5 моль
3 По ур-ю:
n(H2)=n(Mg)=0.5 моль
4 Найдем объем водорода:
V(H2)=0.5×22.4=11.2 л
ответ: 11.2 л
Дано:
m(Mg)=40 г
w(примесей)=10%
V(H2)-?
1 Ур-е реакции:
Mg + 2HCI -> MgCl2 + H2
2 Массовая доля чистого магния:
w(Mg)=100-10=90%
2 Найдем массу чистого магния:
m(Mg)=40×0.9=36 г
3 Найдем кол-во магния:
n(Mg)=36/24=1.5 моль
4 По ур-ю:
n(H2)=n(Mg)=1.5 моль
5 Найдем объем водорода:
V(H2)=1.5×22.4=33.6 л
ответ: 33.6 л
Дано:
m(Zn)=240 мг=0.24 г
w(примесей)=10%
V(H2)-?
1 Ур-е реакции:
Zn + 2HCI -> ZnCI2 + H2
2 Массовая доля чистого цинка:
w(Zn)=100-10=90%
3 Найдем массу чистого цинка:
m(Zn)=0.24×0.9=0.216 г
4 Найдем кол-во цинка:
n(Zn)=0.216/65=0.0033 моль
5 По ур-ю:
n(H2)=n(Zn)=0.0033 моль
6 Найдем объем водорода:
V(H2)=0.0033×22.4=0.07 л
ответ: 0.07 л
3 Задание
4P + 5O2 -> 2P2O5
P2O5 + 3H2O -> 2H3PO4
находим количество молекул КОН = 4моль*6,02 *10 в 23 степени =24,08*10в23 степени