Возьмем две одинаковые катушки, сделанные из металлических проводов, и подвесим так, чтобы их можно было включать в цепь, а их оси располагались на одной прямой (рисунок 1). Пропустив по катушкам токи одинакового направления, мы обнаружим, что катушки притягиваются (рисунок 1, а). Если же создать в катушках токи противоположного направления, то они будут отталкиваться (рисунок 1, б). Такое взаимодействие получается и между прямолинейными проводниками, расположенными параллельно.
Рисунок 1. а) Проводники с токами одинакового направления притягиваются; б) Проводники с токами противоположного направления отталкиваются
Итак, токи одинакового направления притягиваются, а противоположного – отталкиваются.
Следовательно, когда проводники с токами находятся на некотором расстоянии друг от друга, между ними существует взаимодействие, которое нельзя объяснить наличием электрического поля между ними, поскольку проводники при прохождении по ним тока остаются практически нейтральными. Это означает, что вокруг любого проводника с токами имеется какое-то другое поле, отличное от электрического, поскольку оно не действует на неподвижные заряды.
Условимся называть поле, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических токов, расположенных на расстоянии, магнитным полем.
Опыт показал, что магнитное поле создается либо движущимися электрическими зарядами, либо переменным электрическим полем и действует только на движущиеся заряды.
Итак, чтобы обнаружить магнитное поле в какой-либо области пространства, необходимо внести в эту область проводник с током или какие-либо другие движущиеся заряды. Впервые магнитное поле вокруг проводников с токами опытным путем обнаружил датский физик Ганс Эрстед в 1820 г.
Магнитные поля различных токов при наложении могут как усиливать, так и ослаблять друг друга. Покажем это на опыте. Если связать вместе две одинаковые катушки и создать в них токи противоположного направления (рисунок 2, а слева), то их общее поле становится настолько слабым, что не будет производить заметного действия на третью катушку с током. Это объясняет, почему нет магнитного поля вокруг шнура, сплетенного из двух проводов с токами противоположного направления. Если же в связанных катушках создать токи одинакового направления, то их действие на третью катушку заметно усиливается (рисунок 2, б) по сравнению с опытом, описанным выше. Итак, усиление магнитного поля можно получить наложением магнитных полей токов одинакового направления, а ослабление поля – наложением полей токов противоположного направления.
Рисунок 2. а) Магнитные поля токов противоположного направления ослабляют друг друга; б) Магнитные поля токов одинакового направления усиливают друг друга
Если катушки перед началом опыта расположить так, чтобы их оси были не на одной прямой, то при включении в них тока катушки сами поворачиваются так, что токи в них текут в одинаковом направлении, и затем притягиваются друг к другу. В результате магнитное поле в окружающем пространстве усиливается.
Видео 1. Виток и катушка с током
Источник: Жданов Л. С., "Учебник по физике для средних специальных учебных заведений" – Москва: Наука, 1975 – 592с.