Zanjirda elektr toki bor yoki yo'qligini uning turli ko'rinishlari bilan aniqlash mumkin, bu harakatlar deyiladi. elektr toki. Elektr toki issiqlik, yorug'lik va kimyoviy hodisalar. Bundan tashqari, elektr toki har doim magnit hodisani keltirib chiqaradi.
Elektr tokining termal ta'siri o'tkazgichda oqim mavjud bo'lganda uni isitishdir. Bundan tashqari, agar o'tkazgich etarli darajada qizdirilsa yuqori harorat, u porlashni boshlashi mumkin. Ya'ni, oqimning yorug'lik effekti termal effekt natijasida paydo bo'ladi.
Misol uchun, elektr toki temir sim orqali o'tkazilsa, u qizib ketadi. Metallarda oqimning shunga o'xshash termal ta'siridan foydalaniladi elektr choynaklar va boshqa ba'zi maishiy texnika.
Akkor lampalardagi volfram filamenti kuchli qizdirilganda porlashni boshlaydi. Bunday holda, elektr tokining yorug'lik ta'siridan foydalaniladi. IN energiya tejaydigan lampalar Gaz u orqali elektr toki o'tganda porlaydi.
Elektr tokining kimyoviy ta'siri quyidagilarda namoyon bo'ladi. Muayyan tuz, gidroksidi yoki kislota eritmasini oling. Elektr toki zanjirdan o'tganda unga ikkita elektrod botiriladi, a musbat zaryad, boshqa tomondan - salbiy. Eritma tarkibidagi ionlar (odatda musbat zaryadlangan metall ionlari) qarama-qarshi zaryad bilan elektrodga tusha boshlaydi. Bu hodisa elektroliz deb ataladi.
Masalan, eritmada mis sulfat(CuSO 4) musbat zaryadli (Cu 2+) mis ionlari manfiy zaryadlangan elektrod tomon harakatlanadi. Elektroddan etishmayotgan ionlarni qabul qilib, ular neytral mis atomlariga aylanadi va elektrodga joylashadi. Bunday holda, suvning gidroksil guruhlari (-OH) o'z elektronlarini musbat zaryadlangan elektrodga beradi. Natijada eritmadan kislorod ajralib chiqadi. Eritmada musbat zaryadlangan vodorod ionlari (H+) va manfiy zaryadlangan sulfat guruhlari (SO 4 2-) qoladi.
Shunday qilib, elektroliz natijasida kimyoviy reaktsiya sodir bo'ladi.
Elektr tokining kimyoviy ta'siri sanoatda qo'llaniladi. Elektroliz ba'zi metallarni sof holda olish imkonini beradi. U qoplash uchun ham ishlatiladi yupqa qatlam ma'lum metall (nikel, xrom) yuzasi.
Elektr tokining magnit ta'siri shundaki, oqim o'tadigan o'tkazgich magnitga ta'sir qiladi yoki temirni magnitlaydi. Misol uchun, agar siz kompasning magnit ignasiga parallel ravishda o'tkazgich qo'ysangiz, igna 90 ° aylanadi. Kichkina temir buyumni o'tkazgich bilan o'rab qo'ysangiz, elektr toki o'tkazgichdan o'tganda ob'ekt magnitga aylanadi.
Oqimning magnit ta'siri elektr o'lchash asboblarida qo'llaniladi.
Eng oddiy elektr va magnit hodisalari odamlarga qadim zamonlardan beri ma'lum.
Ko'rinishidan, miloddan avvalgi 600 yil. e. yunonlar magnit temirni, ishqalangan amber esa somon kabi engil narsalarni o'ziga jalb qilishini bilishgan. Biroq, elektr va magnit tortishishlar o'rtasidagi farq hali aniq emas edi; ikkalasi ham bir xil tabiatli hodisalar hisoblangan.
Ushbu hodisalar o'rtasidagi aniq farq ingliz shifokori va tabiatshunosi Uilyam Gilbertning (1544-1603) xizmatlaridir, u 1600 yilda "Magnit, magnit jismlar va buyuk magnit - Yer haqida" nomli kitobini nashr etdi. Ushbu kitob bilan, aslida, elektr va magnit hodisalarini chinakam ilmiy o'rganish boshlanadi. Gilbert o'z kitobida o'z davrida ma'lum bo'lgan magnitlarning barcha xususiyatlarini tasvirlab berdi, shuningdek, o'zining juda muhim tajribalari natijalarini taqdim etdi. U elektr va magnit tortishishlar o'rtasidagi bir qator muhim farqlarni ko'rsatdi va "elektr" so'zini kiritdi.
Gilbertdan keyin elektr va magnit hodisalar o'rtasidagi farq allaqachon hamma uchun shubhasiz aniq bo'lgan bo'lsa-da, shunga qaramay, bir qator faktlar shuni ko'rsatdiki, ularning barcha farqlariga qaramay, bu hodisalar qandaydir tarzda bir-biri bilan chambarchas va uzviy bog'liqdir. Eng yorqin faktlar temir jismlarning magnitlanishi va chaqmoq ta'sirida magnit ignalarning qayta magnitlanishi edi. Fransuz fizigi Dominik Fransua Arago (1786-1853) o'zining "Momaqaldiroq va chaqmoq" asarida, masalan, bunday holatni tasvirlaydi. “1681-yil iyul oyida qirg‘oqdan yuz chaqirim uzoqlikda, ochiq dengizda joylashgan “Qirollik” kemasiga chaqmoq urilib, ustunlar, yelkanlar va hokazolarga jiddiy zarar yetkazdi. Yulduzlarning holati kemadagi uchta kompasdan ikkitasi shimolga emas, janubga, uchinchisi esa g'arbga ishora qila boshladi. Arago, shuningdek, uyga chaqmoq urilgan va undagi kuchli magnitlangan po'lat pichoqlar, vilkalar va boshqa narsalarni tasvirlab beradi.
18-asrning boshlarida chaqmoq, aslida, havo orqali o'tadigan kuchli elektr toki ekanligi allaqachon aniqlangan; shuning uchun yuqorida tavsiflangan faktlar har bir elektr tokining o'ziga xos xususiyatiga ega degan fikrni taklif qilishi mumkin magnit xususiyatlari. Biroq, tokning bu xossalari eksperimental ravishda kashf etilgan va faqat 1820 yilda Daniya fizigi Xans Kristian Ersted (1777-1851) tomonidan o'rganilgan.
Oerstedning asosiy tajribasi rasmda tasvirlangan. 199. Meridian bo'ylab, ya'ni shimoliy-janubiy yo'nalishda joylashgan qo'zg'almas sim 1 ustida, ingichka ipga magnit igna 2 osilgan (199-rasm, a). Ma'lumki, o'q taxminan shimoliy-janubiy chiziq bo'ylab o'rnatiladi va shuning uchun u simga taxminan parallel ravishda joylashgan. Ammo biz kalitni yopamiz va 1-sim orqali oqim o'tkazganimizdan so'ng, magnit igna o'zini unga to'g'ri burchak ostida, ya'ni simga perpendikulyar tekislikda o'rnatishga harakat qilayotganini ko'ramiz (199-rasm, 199-rasm). b). Ushbu fundamental tajriba shuni ko'rsatadiki, tok o'tkazgichni o'rab turgan fazoda magnit igna harakatini keltirib chiqaradigan kuchlar, ya'ni tabiiy va sun'iy magnitlar yaqinida harakat qiladigan kuchlarga o'xshash kuchlar ta'sir qiladi. Biz bunday kuchlarni magnit kuchlar deb ataymiz, xuddi ta'sir qiluvchi kuchlar elektr zaryadlari, elektr.
Guruch. 199. Magnit igna bilan Oerstedning mavjudligini ochib beruvchi tajribasi magnit maydon oqim: 1 - sim, 2 - simga parallel ravishda osilgan magnit igna, 3 - batareya galvanik hujayralar, 4 – reostat, 5 – kalit
ch.da. II biz kontseptsiyani kiritdik elektr maydoni buni ko'rsatish uchun maxsus holat elektr kuchlarining harakatlarida o'zini namoyon qiladigan makon. Xuddi shu tarzda, magnit kuchlar ta'sirida o'zini his qiladigan fazo holatini magnit maydon deb ataymiz. Shunday qilib, Oersted tajribasi elektr tokini o'rab turgan fazoda magnit kuchlar paydo bo'lishini, ya'ni magnit maydon hosil bo'lishini isbotlaydi.
Oersted o'zining ajoyib kashfiyotidan keyin o'ziga bergan birinchi savol bu edi: simning moddasi oqim tomonidan yaratilgan magnit maydonga ta'sir qiladimi? "Birlashtiruvchi sim, - deb yozadi Oersted, - bir nechta simlar yoki metall chiziqlardan iborat bo'lishi mumkin. Metallning tabiati natijani o'zgartirmaydi, ehtimol o'lchamga nisbatan.
Xuddi shu natija bilan biz platina, oltin, kumush, mis va temirdan yasalgan simlardan, shuningdek, qalay va qo'rg'oshin polisi va simobdan foydalandik.
Oersted o'zining barcha tajribalarini metallar, ya'ni o'tkazuvchanlik, biz hozir bilganimizdek, elektron tabiatga ega bo'lgan o'tkazgichlar bilan olib bordi. Biroq, metall simni elektrolitli trubka yoki gazda razryad paydo bo'ladigan naycha bilan almashtirish orqali Oersted tajribasini amalga oshirish qiyin emas. Biz bunday tajribalarni § 40 (73-rasm)da allaqachon tasvirlab bergan edik va bu holatlarda elektr toki musbat va manfiy ionlarning harakatiga bog‘liq bo‘lsa-da, uning magnit ignasiga ta’siri bir xil ekanligini ko‘rdik. joriy metall o'tkazgich. Oqim o'tadigan o'tkazgichning tabiati qanday bo'lishidan qat'i nazar, har doim o'tkazgich atrofida magnit maydon hosil bo'ladi, uning ta'siri ostida o'q aylanadi va oqim yo'nalishiga perpendikulyar bo'lib qoladi.
Shunday qilib, biz aytishimiz mumkin: magnit maydon har qanday oqim atrofida paydo bo'ladi. Elektr tokining bu eng muhim xususiyatini (§ 40) yuqorida aytib o'tgan edik, biz uning boshqa ta'siri - termal va kimyoviy haqida batafsilroq gapirganimizda.
Elektr tokining uchta xususiyati yoki namoyon bo'lishidan eng xarakterlisi magnit maydonni yaratishdir. Ba'zi o'tkazgichlarda - elektrolitlarda oqimning kimyoviy ta'siri sodir bo'ladi, boshqalarida - metallarda - ular yo'q. Oqim tomonidan ishlab chiqarilgan issiqlik o'tkazgichning qarshiligiga qarab bir xil oqimda katta yoki kamroq bo'lishi mumkin. Supero'tkazuvchilarda hatto oqim issiqlik hosil qilmasdan ham o'tishi mumkin (§ 49). Ammo magnit maydon har qanday elektr tokining ajralmas sherigidir. Bu hech kimga bog'liq emas maxsus xususiyatlar bir yoki boshqa o'tkazgichning va faqat oqimning kuchi va yo'nalishi bilan belgilanadi. Ko'pchilik texnik ilovalar elektr, shuningdek, oqimning magnit maydonining mavjudligi bilan bog'liq.
Magnitning sabablari va tabiati haqida elektr uzatish liniyalari(MSL) doimiy magnitlar va oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlar yaqinida paydo bo'ladi. Oldingi maqolada men doimiy magnit yoki oqim o'tkazuvchi o'tkazgich yaqinidagi magnit maydon o'zgaruvchan intensivlikdagi MSLlarning shovqin namunasini ifodalaydi, deb faraz qildim. MSL atamasida men ma'lum narsani nazarda tutyapman jismoniy ma'no. Bu faqat geometrik chiziqlar emas, balki magnit maydonning murakkab tuzilishining bir qismi bo'lib, u o'z navbatida magnit xususiyatlarga ega mikroskopik to'lqinlardan iborat. Doimiy magnitning magnit maydoni temir yoki temir parchalariga qo'llanilganda, bu maydon temir yoki temir parchalariga nisbatan tashqi (EMF) bo'ladi. VMF birinchi navbatda temir bo'lagida yoki temir parchalarida o'zining magnit maydonini (SMF) induktsiya qiladi va keyin bu SMF bilan MFL orqali o'zaro ta'sir qiladi.
Bu oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlarga ham tegishli. Yopiq kontaktlarning zanglashiga olib o'tkazgichlarida oqim mavjud ekan (bu o'tkazgichlar atrofida SMP borligini anglatadi), VMF o'tkazgichlarning SMP bilan MSL orqali o'zaro ta'sir qiladi. Supero'tkazuvchilarda oqim bo'lmasa va shuning uchun o'tkazgich atrofida MSL bo'lmasa, EMF o'tkazgichning o'ziga ta'sir qilmaydi, garchi uning MSL o'tkazgichning mikro tuzilishiga kirib boradi.
Ushbu maqolada magnit va o'tkazgichlarning MSL orqali oqim bilan o'zaro ta'siri haqida gapiramiz.
Keling, bu haqda ilmiy nashrlardan ma'lum bo'lgan narsalarni eslaylik. Avval aytib o'tganimizdek, G.Oersted 1820 yilda magnit va o'tkazgichning oqim bilan o'zaro ta'sirini eksperimental ravishda ko'rsatdi. Bilan o'tkazgich yaqinidagi magnit ignaning harakati DC bu o'tkazgich atrofida magnit maydon mavjudligini ko'rsatdi. Keyinchalik magnit maydon va oqim o'rtasida yaqin aloqa o'rnatildi. O'z tajribalarini sarhisob qilib, Oersted ko'rsatdiki, yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan o'tkazgichlarida oqim mavjudligi, ularning tabiati qanday bo'lishidan qat'i nazar, har doim ushbu kontaktlarning zanglashiga olib keladigan o'tkazgichlari atrofida MSL magnit maydonining paydo bo'lishiga olib keladi. Bu o'tkazgichning MSL ning magnit igna MSL bilan o'zaro ta'siri, uning qutblaridan birini oqim bilan o'tkazgich tomon burishiga olib keladi.
1821 yilda frantsuz olimi A. Amper elektr tokining zanjirdan o'tganligi va statik elektrda bunday munosabatning yo'qligi holatida elektr va magnitlanish o'rtasidagi munosabatni o'rnatdi.
Ko'rsatilgan MSL shovqinining o'zaro ekanligini tekshirish uchun, ya'ni. magnit oqim o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'sir qiladimi, quyidagi tajriba o'tkazildi (1-rasm). To'g'ridan-to'g'ri oqim bilan o'tkazgich statsionar doimiy magnit ustida to'xtatildi. Ma'lum bo'lishicha, tok o'tkazuvchi o'tkazgich magnit igna kabi harakat qiladi.
Qiziqarli tajriba - moslashuvchan o'tkazgich bilan, u parallel chiziqli magnitga yaqin joylashgan. Supero'tkazuvchilarda oqim paydo bo'lganda, u lenta magnitiga o'ralgan (2-rasm). Bu oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning har bir qismi atrofida MSLlar paydo bo'lganligini ko'rsatdi, ular tarmoqli magnitining MSL bilan o'zaro ta'sir qiladi.
Xuddi shu xulosani D. Arago ham qilgan, u o'z tajribasida e'tiborni qaratgan bo'lsa, suvga izolyatsiyalangan sim, u orqali oqim oqib o'tadi, metall qatlamlarga, so'ngra parchalar magnit kabi butun uzunligi bo'ylab unga yopishadi. Oqim o'chirilganda, talaş yo'qoladi.
Shu kabi shovqinlar bir-biriga yaqin joylashgan to'g'ridan-to'g'ri oqimga ega bo'lgan ikkita o'tkazgich o'rtasida o'rnatildi. Tajribada (3-rasm) ikkita parallel o'tkazgich bir-biridan qisqa masofada o'rnatiladi. Ushbu o'tkazgichlar uning yo'nalishiga qarab tortildi yoki qaytarildi. Ushbu va boshqa tajribalarda elektr tokining magnit ta'siri ikkita magnitning o'zaro ta'siriga o'xshashligi ko'rsatilgan.
Magnit maydonlarning o'zaro ta'siri bo'yicha biz ko'rib chiqqan tajribalar shuni ko'rsatadiki, barcha o'zaro ta'sirlar doimiy magnitlar, va doimiy magnitlar va oqim bilan o'tkazgichlar o'rtasida, shuningdek, o'zaro oqim bo'lgan ikkita o'tkazgich o'zlarining MSL orqali magnit maydonlarining o'zaro ta'siriga kamayadi. Amalda shuni hisobga olsak katta miqdorda texnik qurilmalar magnit maydonlarining o'zaro ta'siri asosida yaratilgan, xususan, magnit maydonlar va o'tkazgichlarning oqim bilan o'zaro ta'siri asosida biz ushbu sohadagi ba'zi hodisalarni tushuntirish uchun keyinroq kerak bo'ladigan ba'zi tajribalarni keltirishimiz kerak.
Magnit maydon va o'tkazgichning tok bilan o'zaro ta'siri bo'yicha quyidagi tajribani ko'rib chiqing. Taqa magnitining magnit maydonida oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning to'g'ri qismi mavjud. (4-rasm). Supero'tkazuvchilardagi oqim yo'nalishini o'zgartirish va magnit maydon yo'nalishiga nisbatan uning o'rnini o'zgartirish orqali siz o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishini aniqlashingiz mumkin. Oqim yoqilganda (uning yo'nalishiga qarab) o'tkazgich magnitga tortilishi yoki magnitdan tashqariga surilishi mumkin. Bunday holda, magnit maydon faqat MSL maydonining yo'nalishiga perpendikulyar joylashganida, oqim o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'sir qiladi. Supero'tkazuvchilar va MSL parallel joylashganda, o'zaro ta'sir maydoni paydo bo'lmaydi.
Magnit maydonda oqim o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuch quyidagi munosabatlardan aniqlanadi:
F= k*H*I*L*sina,
Bu erda H - magnit maydon kuchi, I - oqim kuchi, L - o'tkazgichning to'g'ri uchastkasining uzunligi va a - H va I orasidagi burchak.
Bu munosabat Amper qonuni deb ataladi. Amalda, ko'p hollarda siz konduktorlar bilan shug'ullanishingiz kerak turli shakllar, u orqali oqim o'tadi va magnit maydonning bunday oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlarga ta'siri ancha murakkab. Keling, magnit maydon qanday harakat qilishini ko'rib chiqaylik oddiy shakllar lasan yoki solenoid shaklida oqim bilan o'tkazgichlar.
Tajribalar ko'rsatganidek, oqimga ega bo'lak qutblari (shimoliy va janubiy) bobinning qarama-qarshi tekisliklarida joylashgan tekis magnitga o'xshaydi. Qutblar oqim o'tkazuvchi g'altakning tekisliklariga perpendikulyar. Gimlet qoidasi yordamida ushbu qutblarning qaysi biri shimolda, qaysi biri janubda ekanligini aniqlashingiz mumkin. Oqim bilan bobinning shimoliy qutbi uning aylanish tutqichining yo'nalishi bilan belgilanadi - MSL yo'nalishiga o'xshashlik. Agar siz gimletni oqim yo'nalishi bo'yicha vidalasangiz, u holda bobin tekisligidan chiqadigan MSLlar shimoliy qutbga ishora qiladi. Solenoidning magnit qutblari xuddi shu tarzda aniqlanadi.
Oqimga ega bo'lgan g'altakda harakat qiluvchi tashqi magnit maydon uni shunday aylantirishga intiladiki, bobinning MSL si tashqi magnit maydonning MSL ga parallel bo'ladi. Oqim bilan lasanga ta'sir qiluvchi kuchlarni tahlil qilish uchun uni qilish qulay to'rtburchaklar shakli. Bunday holda, bobinning ikki tomoni magnit maydon yo'nalishiga parallel, qolgan ikkitasi esa perpendikulyar deb faraz qiling (5-rasm). Bobinning dastlabki ikki tomoni magnit maydonidan ta'sirlanmaydi, lekin g'altakning qolgan ikki tomoni oqimning teskari yo'nalishi tomonidan yaratilgan teng va qarama-qarshi magnit kuchlarga ta'sir qiladi. Ushbu kuchlar magnit maydon yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan oqim tekisligi bilan lasanni aylantiradigan momentni hosil qiladi. G'altakning boshqa ikki tomonida magnit maydon ikkita teng, lekin qarama-qarshi yo'naltirilgan kuchga ta'sir qiladi, ular oqim yo'nalishiga qarab g'altakni deformatsiyaga (siqish yoki cho'zishga) moyil bo'ladi.
Yuqoridagi va boshqa tajribalar natijalariga asoslanib, quyidagi xulosalar chiqarish mumkin.
Magnit maydon tok o'tkazgichning to'g'ri uchastkasiga kuch bilan ta'sir qiladi, uning yo'nalishi oqim yo'nalishiga va magnit maydonning MSL yo'nalishiga perpendikulyar;
Magnit maydon lasan yoki solenoidni aylantirishga moyil bo'lgan momentni hosil qiladi, shuning uchun yo'nalish janubiy qutb lasan yoki solenoidga Shimoliy qutb maydon yo'nalishiga to'g'ri keldi;
Magnit maydon MSL yo'nalishi bo'ylab joylashgan oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlarga ta'sir qilmaydi;
MSLlar shunchaki geometrik chiziqlar emas, balki magnit maydonning murakkab strukturasining bir qismi bo'lib, u o'z navbatida magnit xususiyatlarga ega bo'lgan mikroskopik to'lqinlardan iborat.
Ushbu va boshqa kuchlarning tabiati va xususiyatlari haqida keyingi maqolada gaplashamiz.
Elektr va magnitlanish o'rtasidagi yaqin bog'liqlikning mavjudligini birinchi tadqiqotchilar tortishish va itarilishning elektrostatik va magnetostatik hodisalarining o'xshashligi bilan hayratda qoldirgan. Bu g'oya shu qadar keng tarqaldiki, avval Kardan, keyin esa Xilbert buni noto'g'ri deb hisobladilar va bu ikki hodisa o'rtasidagi farqni ko'rsatishga har tomonlama harakat qilishdi. Ammo bu taxmin 18-asrda yana paydo bo'ldi, yashinning magnitlanish effekti o'rnatilganda va Franklin va Bekkariya Leyden kavanozining zaryadsizlanishi yordamida magnitlanishga erishdilar. Elektrostatik va magnitostatik hodisalar uchun rasmiy ravishda bir xil bo'lgan Kulon qonunlari yana bu muammoni ko'tardi.
Volta batareyasi uzoq vaqt davomida elektr tokini ishlab chiqarishga imkon berganidan so'ng, elektr va magnit hodisalar o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlashga urinishlar tez-tez va kuchliroq bo'ldi. Va shunga qaramay, intensiv qidiruvlarga qaramay, kashfiyot yigirma yil kutishga to'g'ri keldi. Bunday kechikish sabablarini o‘sha davrda hukm surgan ilmiy g‘oyalardan izlash kerak. Barcha kuchlar faqat Nyuton ma'nosida, ya'ni moddiy zarralar o'rtasida ularni tutashtiruvchi to'g'ri chiziq bo'ylab harakat qiluvchi kuchlar sifatida tushunilgan. Shu sababli, tadqiqotchilar aynan shu turdagi kuchlarni aniqlashga harakat qilishdi va ular yordamida magnit qutb va elektr toki o'rtasidagi taxminiy tortishish yoki itarilishni aniqlashga umid qilishdi (yoki sodda qilib aytganda, umumiy tarzda, "galvanik suyuqlik" va magnit suyuqlik o'rtasida) yoki ular orqali oqimni yo'naltirish orqali po'lat ignani magnitlashga harakat qilishdi.
Jan Domeniko Romagnosi (1761-1835) galvanik va magnit suyuqlik o'rtasidagi o'zaro ta'sirni 1802 yilgi maqolasida tasvirlab bergan tajribalarida ham aniqlashga harakat qildi, Guglielmo Libri (1803-1869), Pietro Konfigliacchi (1777-1844) va boshqalar. ga murojaat qilib, bu kashfiyotning ustuvorligini Romagnosiga bog'laydi. Biroq, Romagnosining ochiq elektron batareya va magnit igna bilan o'tkazgan tajribalarida umuman elektr toki yo'qligiga va shuning uchun u eng ko'p kuzatadigan narsa oddiy elektrostatik elektr toki ekanligiga ishonch hosil qilish uchun ushbu maqolani o'qish kifoya. harakat.
Qachon 1820 yil 21 iyulda to'rt sahifada bitta juda qisqa maqolada (o'n lotin), daniyalik fizigi Xans Kristian Ersted (1777-1851) "Akum magnetikada elektr tokining ta'siri ostida bo'lgan eksperimenta" deb nomlangan elektromagnetizmdagi fundamental tajribani ta'riflab berdi. to'g'ri o'tkazgich, meridian bo'ylab yurib, magnit ignani meridian yo'nalishidan chetga surib qo'yadi, olimlarning qiziqishi va hayrati nafaqat muammoning uzoq vaqtdan beri izlangan yechimi olingani uchun, balki katta edi, chunki yangi tajriba, darhol aniq bo'lganidek, Nyuton bo'lmagan turdagi kuchni ko'rsatdi.
Aslida, Oersted tajribasidan ma'lum bo'ldiki, magnit qutb va oqim elementi o'rtasida ta'sir qiluvchi kuch ularni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab emas, balki bu to'g'ri chiziqning normal bo'ylab yo'naltirilgan, ya'ni ular o'sha paytda aytganidek. , "aylanuvchi kuch". Bu haqiqatning ahamiyati ko'p yillar o'tgach to'liq amalga oshirilgan bo'lsa ham, o'sha paytda ham sezildi. Oerstedning tajribasi Nyutonning dunyo modelida birinchi yoriqni keltirib chiqardi.
Masalan, italyan, frantsuz, ingliz va nemis tillariga tarjima qilgan tarjimonlarning chalkashliklari bilan fanning qanday qiyinchiliklarga duch kelganini baholash mumkin. Ona tili Oerstedning lotincha maqolasi. Ko'pincha, ular uchun tushunarsiz bo'lib tuyulgan so'zma-so'z tarjimani amalga oshirib, lotincha asl nusxani eslatmada keltirdilar.
Darhaqiqat, bugungi kunda ham Oerstedning maqolasida tushunarsiz bo'lib qolayotgan narsa - u o'zi kuzatgan hodisalarga, uning fikricha, "elektr materiyaning mos ravishda ijobiy va salbiy" o'tkazgichi atrofida ikkita qarama-qarshi yo'naltirilgan spiral harakati tufayli tushuntirishga harakat qilmoqda. ”
Ørsted tomonidan kashf etilgan hodisaning o'ziga xosligi darhol eksperimentalistlar va nazariyotchilarning katta e'tiborini tortdi. Arago Jenevadan qaytib, u erda De la Riv tomonidan takrorlangan shunga o'xshash tajribalarda qatnashib, ular haqida Parijda gapirdi va o'sha 1820 yil sentyabr oyida u o'zining mashhur o'rnatmasini gorizontal joylashgan karton bo'lagi orqali o'tadigan vertikal oqim o'tkazgich bilan yig'di. temir talaş bilan sepiladi. Ammo u ushbu tajribani o'tkazishda biz odatda e'tibor beradigan temir qoziq doiralarini topmadi. Faraday "magnit egri chiziqlar" yoki "kuch chiziqlari" nazariyasini ilgari surganidan beri tajribachilar bu doiralarni aniq ko'rishmoqda. Darhaqiqat, ko'pincha biror narsani ko'rish uchun siz uni chindan ham xohlashingiz kerak! Arago faqat o'tkazgich, o'zi aytganidek, "magnitga o'xshab, temir parchalari bilan yopishib qolganini" ko'rdi va shundan u "oqim ilgari magnitlanishga duchor bo'lmagan temirda magnitlanishni keltirib chiqaradi" degan xulosaga keldi.
Xuddi shu 1820 yilda Biot ikkita hisobotni (30 oktyabr va 18 dekabr) o'qib chiqdi, unda u Savart bilan o'tkazgan eksperimental tadqiqot natijalari haqida xabar berdi. Elektromagnit kuch kattaligining masofaga bog'liqligini aniqlaydigan qonunni kashf etishga urinib, Biot Kulon ilgari qo'llagan tebranish usulini qo'llashga qaror qildi. Buning uchun u magnit igna yonida joylashgan qalin vertikal o'tkazgichdan iborat o'rnatishni yig'di: o'tkazgichdagi oqim yoqilganda, igna qutblarga ta'sir qiluvchi elektromagnit kuchga qarab turli davrlarda tebranishni boshlaydi. igna markazidan oqim o'tkazuvchi o'tkazgichgacha bo'lgan masofalar. Ushbu masofalarni o'lchab, Biot va Savard hozirda o'z nomi bilan atalgan mashhur qonunni ishlab chiqdilar, bu birinchi formulada oqimning intensivligini hisobga olmagan (ular uni qanday o'lchashni hali bilishmagan).
Biot va Savartning tajribalari natijalari bilan tanishgan Laplas, oqimning harakatini o'qning qutblaridagi individual harakatlar natijasi deb hisoblash mumkinligini ta'kidladi. cheksiz son cheksiz kichik elementlar bo'lib, ularga oqim bo'linishi mumkin va shundan xulosaga keldikki, oqimning har bir elementi har bir qutbga ushbu elementning qutbdan masofasining kvadratiga teskari proportsional kuch bilan ta'sir qiladi. Laplasning ushbu muammoni muhokama qilishda ishtirok etganligi Biotning "Precis elementaire de physique expo-rimentale" asarida qayd etilgan. Bizga ma'lumki, Laplasning yozuvlarida bunday izohga ishora yo'q, shundan xulosa qilishimiz mumkinki, u buni Biotning o'zi bilan og'zaki do'stona suhbatida ifodalagan.
Ushbu elementar kuch haqidagi bilimlarini to'ldirish uchun Biot, bu safar yakka o'zi, eksperimental ravishda, tok elementining qutbga ta'siri oqim yo'nalishi va burchakning o'zgarishi bilan hosil bo'lgan burchakning o'zgarishi bilan qanday o'zgarishini aniqlashga harakat qildi. elementning o'rtasini qutb bilan bog'laydigan to'g'ri chiziq. Tajriba unga parallel bo'lgan oqim va burchakka yo'naltirilgan oqimning bir xil o'qga ta'sirini taqqoslashdan iborat edi. Biot tajribasi ma'lumotlaridan, o'zi e'lon qilmagan, lekin, albatta, noto'g'ri hisob-kitoblar orqali, F. Savari (1797-1841) 1823 yilda ko'rsatganidek, u bu kuchning burchak sinusiga proporsional ekanligini aniqladi. oqimning yo'nalishi va ko'rib chiqilayotgan nuqtani joriy elementning o'rtasi bilan bog'laydigan to'g'ri chiziq. Shunday qilib, hozir "Laplasning birinchi elementar qonuni" deb ataladigan narsa ko'p jihatdan Biotning kashfiyotidir.
Mario Litszi "Fizika tarixi"
Mario Llozzi
OERSTED TAJRIBASI
Elektr va magnitlanish o'rtasidagi yaqin bog'liqlikning mavjudligini birinchi tadqiqotchilar tortishish va itarilishning elektrostatik va magnetostatik hodisalarining o'xshashligi bilan hayratda qoldirgan. Bu g'oya shu qadar keng tarqaldiki, avval Kardan, keyin esa Hilbert buni noto'g'ri deb hisobladilar va bu ikki hodisa o'rtasidagi farqni har tomonlama isbotlashga harakat qildilar. Ammo bu taxmin 18-asrda yana paydo bo'ldi, yashinning magnitlanish effekti o'rnatilganda va Franklin va Bekkariya Leyden kavanozining zaryadsizlanishi yordamida magnitlanishga erishdilar. Elektrostatik va magnitostatik hodisalar uchun rasmiy ravishda bir xil bo'lgan Kulon qonunlari yana bu muammoni ko'tardi.
Volta batareyasi uzoq vaqt davomida elektr tokini ishlab chiqarishga imkon berganidan so'ng, elektr va magnit hodisalar o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlashga urinishlar tez-tez va kuchliroq bo'ldi. Va shunga qaramay, intensiv qidiruvlarga qaramay, kashfiyot yigirma yil kutishga to'g'ri keldi. Bunday kechikish sabablarini o‘sha davrda hukm surgan ilmiy g‘oyalardan izlash kerak. Barcha kuchlar faqat Nyuton ma'nosida, ya'ni moddiy zarralar o'rtasida ularni tutashtiruvchi to'g'ri chiziq bo'ylab harakat qiluvchi kuchlar sifatida tushunilgan. Shuning uchun tadqiqotchilar magnit qutb va elektr toki (yoki umuman olganda, "galvanik suyuqlik" va magnit suyuqlik o'rtasidagi taxminiy tortishish yoki itarilishni aniqlashga umid qilgan qurilmalarni qurish orqali aynan shunday kuchlarni aniqlashga harakat qilishdi. ), yoki po'lat ignani magnitlashga urinish orqali, u orqali oqimni yo'naltiradi.
Jan Domeniko Romagnosi (1761-1835) galvanik va magnit suyuqlik o'rtasidagi o'zaro ta'sirni 1802 yilgi maqolasida tasvirlab bergan tajribalarida ham aniqlashga harakat qildi, Guglielmo Libri (1803-1869), Pietro Konfigliacchi (1777-1844) va boshqalar. ga murojaat qilib, bu kashfiyotning ustuvorligini Romagnosiga bog'laydi. Biroq, Romagnosining ochiq elektron batareya va magnit igna bilan o'tkazgan tajribalarida umuman elektr toki yo'qligiga va shuning uchun u eng ko'p kuzatadigan narsa oddiy elektrostatik elektr toki ekanligiga ishonch hosil qilish uchun ushbu maqolani o'qish kifoya. harakat.
1820-yil 21-iyulda daniyalik fizik Xans Kristian Oersted (1777-1851) “Experimenta circa effectum conflutus electrici in acum magneticam” sarlavhali to‘rt sahifali (lotin tilida) juda qisqa maqolada elektromagnetizm bo‘yicha fundamental eksperimentni tasvirlab berganida, meridian bo‘ylab o‘tuvchi to‘g‘ri o‘tkazgichdagi tok magnit ignani meridian yo‘nalishidan chetga surib qo‘yishini isbotlab, olimlarning qiziqishi va hayrati nafaqat masalaning ko‘pdan beri izlanilgan yechimi qo‘lga kiritilganligi, balki yangiligi tufayli ham katta bo‘ldi. tajriba, darhol ma'lum bo'lishicha, Nyuton tipidagi bo'lmagan kuchga ishora qildi. Aslida, Oersted tajribasidan ma'lum bo'ldiki, magnit qutb va oqim elementi o'rtasida ta'sir qiluvchi kuch ularni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab emas, balki bu to'g'ri chiziqning normal bo'ylab yo'naltirilgan, ya'ni ular o'sha paytda aytganidek. , "aylanuvchi kuch". Bu haqiqatning ahamiyati ko'p yillar o'tgach to'liq amalga oshirilgan bo'lsa ham, o'sha paytda ham sezildi. Oerstedning tajribasi Nyutonning dunyo modelida birinchi yoriqni keltirib chiqardi.
Masalan, italyan, frantsuz, ingliz va nemis tarjimonlari Oerstedning lotin tilidagi maqolasini o‘z ona tiliga o‘girganlarida qanday chalkashliklarga duchor bo‘lganligi fanning qanday qiyinchiliklarga duch kelganini baholash mumkin. Ko'pincha, ular uchun tushunarsiz bo'lib tuyulgan so'zma-so'z tarjimani amalga oshirib, lotincha asl nusxani eslatmada keltirdilar.
Darhaqiqat, bugungi kunda ham Oerstedning maqolasida tushunarsiz bo'lib qolayotgan narsa - u o'zi kuzatgan hodisalarga, uning fikricha, "elektr materiyaning mos ravishda ijobiy va salbiy" o'tkazgichi atrofida ikkita qarama-qarshi yo'naltirilgan spiral harakati tufayli tushuntirishga harakat qilmoqda. ”
Ørsted tomonidan kashf etilgan hodisaning o'ziga xosligi darhol eksperimentalistlar va nazariyotchilarning katta e'tiborini tortdi. Arago Jenevadan qaytib, u erda De la Riv tomonidan takrorlangan shunga o'xshash tajribalarda qatnashib, ular haqida Parijda gapirdi va o'sha 1820 yil sentyabr oyida u o'zining mashhur o'rnatmasini gorizontal joylashgan karton bo'lagi orqali o'tadigan vertikal oqim o'tkazgich bilan yig'di. temir talaş bilan sepiladi. Ammo u ushbu tajribani o'tkazishda biz odatda e'tibor beradigan temir qoziq doiralarini topmadi. Faraday "magnit egri chiziqlar" yoki "kuch chiziqlari" nazariyasini ilgari surganidan beri tajribachilar bu doiralarni aniq ko'rishmoqda. Darhaqiqat, ko'pincha biror narsani ko'rish uchun siz uni chindan ham xohlashingiz kerak! Arago faqat o'tkazgich, o'zi aytganidek, "magnitga o'xshab, temir parchalari bilan yopishib qolganini" ko'rdi va shundan u "oqim ilgari magnitlanishga duchor bo'lmagan temirda magnitlanishni keltirib chiqaradi" degan xulosaga keldi.
Xuddi shu 1820 yilda Biot ikkita hisobotni (30 oktyabr va 18 dekabr) o'qib chiqdi, unda u Savart bilan o'tkazgan eksperimental tadqiqot natijalari haqida xabar berdi. Elektromagnit kuch kattaligining masofaga bog'liqligini aniqlaydigan qonunni kashf etishga urinib, Biot Kulon ilgari qo'llagan tebranish usulini qo'llashga qaror qildi. Buning uchun u magnit igna yonida joylashgan qalin vertikal o'tkazgichdan iborat o'rnatishni yig'di: o'tkazgichdagi oqim yoqilganda, igna qutblarga ta'sir qiluvchi elektromagnit kuchga qarab turli davrlarda tebranishni boshlaydi. igna markazidan oqim o'tkazuvchi o'tkazgichgacha bo'lgan masofalar. Ushbu masofalarni o'lchab, Biot va Savard hozirda o'z nomi bilan atalgan mashhur qonunni ishlab chiqdilar, bu birinchi formulada oqimning intensivligini hisobga olmagan (ular uni qanday o'lchashni hali bilishmagan).
Biot va Savartning tajribalari natijalari bilan tanishgan Laplas, oqimning harakatini cheksiz miqdordagi cheksiz kichik elementlarning o'q qutblariga individual harakatlar natijasi deb hisoblash mumkinligini ta'kidladi. , va shundan xulosaga keldikki, oqimning har bir elementi har bir qutbga ushbu elementning qutbdan masofasining kvadratiga teskari proportsional kuch bilan ta'sir qiladi. Laplasning ushbu muammoni muhokama qilishda ishtirok etganligi Biotning "Precis elementaire de physique Experimentale" (2-nashr, II, Parij, 1821, 122-bet) asarida qayd etilgan. Bizga ma'lumki, Laplasning yozuvlarida bunday izohga ishora yo'q, shundan xulosa qilishimiz mumkinki, u buni Biotning o'zi bilan og'zaki do'stona suhbatida ifodalagan.
Ushbu elementar kuch haqidagi bilimlarini to'ldirish uchun Biot, bu safar yakka o'zi, eksperimental ravishda, tok elementining qutbga ta'siri oqim yo'nalishi va burchakning o'zgarishi bilan hosil bo'lgan burchakning o'zgarishi bilan qanday o'zgarishini aniqlashga harakat qildi. elementning o'rtasini qutb bilan bog'laydigan to'g'ri chiziq. Tajriba unga parallel bo'lgan oqim va burchakka yo'naltirilgan oqimning bir xil o'qga ta'sirini taqqoslashdan iborat edi. Biot tajribasi ma'lumotlaridan, o'zi e'lon qilmagan, lekin, albatta, noto'g'ri bo'lgan hisob-kitob orqali, F. Savari (1797-1841) 1823 yilda ko'rsatganidek, u bu kuchning burchak sinusiga proportsional ekanligini aniqladi. oqimning yo'nalishi va to'g'ri chiziq , ko'rib chiqilayotgan nuqtani joriy elementning o'rtasi bilan bog'lash. Shunday qilib, hozir "Laplasning birinchi elementar qonuni" deb ataladigan narsa ko'p jihatdan Biotning kashfiyotidir.
GALVANOMETR
Biz aytib o'tgan Arago tajribasini o'sha davrning ko'plab fiziklari oqim o'tadigan sim magnitlanganligi bilan izohlagan, Amper darhol to'g'ri tushungan, u darhol bashorat qilgan va keyin tez orada eksperimental ravishda tasdiqlangan. spiral ichiga joylashtirilgan po'lat novda bo'ylab oqim o'tadi va doimiy magnitlanishga ega bo'ladi. Shunday qilib topildi yangi usul magnitlanish, avvalgilariga qaraganda ancha samarali, sodda va qulay. Ammo eng muhimi, bu oddiy, ammo juda qimmatli qurilma - ko'plab ilmiy va ilmiy sohalarda qo'llaniladigan elektromagnitni yaratishga turtki bo'ldi. texnik qurilmalar. Birinchi taqa shaklidagi elektromagnit 1825 yilda amerikalik Uilyam Sturgeon (1783-1850) tomonidan yaratilgan; Ushbu elektromagnit tadqiqotchilarni novda o'ralgan o'tkazgichdagi oqim yoqilganda yoki o'chirilganda yumshoq temir novda magnitlanish va demagnetizatsiya tezligi bilan hayratda qoldirdi. Sturgeon dizayni 1831 yilda Moll (1785-1838) va amerikalik Jozef Genri (1797-1878) tomonidan bir vaqtning o'zida va mustaqil ravishda takomillashtirilgan.
Oerstedning lotin tilida yozilgan birinchi maqolasidan keyin nemis tilida yozilgan ikkinchi maqolasi paydo bo'ldi, shunga qaramay, u kam ma'lum bo'lib qoldi. Unda Oersted o'zi kashf etgan elektromagnit hodisaning o'zaro bog'liqligini ko'rsatdi. U kichik batareyani simga osib qo'ydi, sxemani yakunladi va magnit unga yaqinlashganda uning aylanishini qayd etdi. Xuddi shu narsa, Oersteddan mustaqil ravishda, bu kashfiyot odatda unga tegishli bo'lgan Amper tomonidan kashf etilgan. Davy magnitning qutbini yaqinlashtirish orqali oqimning harakatlanuvchi elementiga magnitning ta'sirini yanada soddaroq ko'rsatdi. elektr yoyi. Sturgeon Davy tajribasini o'zgartirdi va o'z tajribasiga bugungi kunda fizika darslarida yoy magnit maydonda doimiy ravishda aylanayotganda ko'rsatiladigan shaklni berdi.
Ammo magnit maydonda oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning aylanishini olishga muvaffaq bo'lgan birinchi fizik Faraday edi. 1821 yilda u juda oddiy qurilmani yaratdi: to'xtatilgan o'tkazgichning uchi simob rezervuariga tushirildi, unga simob yuzasidan bir oz yuqorida joylashgan vertikal magnit pastdan kirdi. Simob va o'tkazgich orqali oqim o'tkazilganda, ikkinchisi magnit atrofida aylana boshladi. Amper tomonidan ajoyib tarzda o'zgartirilgan Faraday tajribasi keyinchalik 19-asr davomida son-sanoqsiz tarzda o'zgarib turdi. Bu erda biz faqat 1823 yilda tasvirlangan "Barlow g'ildiragi" ni ta'kidlaymiz, chunki u bugungi kunda ham ta'lim maqsadlarida o'qituvchilarga xizmat qilishi mumkin bo'lgan elektr motorining bir turi. Bu metall g'ildirak gorizontal o'qi bilan, uning qirrasi simob hammomiga botiriladi va taqa shaklidagi temir magnitning qutblari orasida joylashgan. Agar oqim g'ildirakning o'qidan, uning atrofiga va simob orqali oqib chiqsa, g'ildirak aylanadi.
Oerstedning magnit ignaning burilishiga oid qoidalari va unga mos keladigan Amper qoidasi magnit igna ustida ham, pastdan ham bir xil oqim o'tkazilsa, og'ish kuchayishini ko'rsatdi. Laplas tomonidan bashorat qilingan va Amper tomonidan yaxshi o'rganilgan bu hodisa 1820 yilda Iogann Shveygger (1779-1857) tomonidan tok o'tadigan sim bilan bir necha marta o'ralgan to'rtburchaklar ramka bo'lgan multiplikatorni qurishda ishlatilgan. Ramkaning o'rtasiga magnit igna qo'yildi. Deyarli bir vaqtning o'zida Avogadro va Mishelotti boshqa turdagi animatorni yaratdilar, shubhasiz, Shvaygernikidan ancha kam muvaffaqiyatga erishdilar; uning tavsifi 1823 yilda nashr etilgan. Biroq, Avogadro va Mishelotti multiplikatorida bitta yangilik bor edi: magnit igna grafikli sektor ustida aylantirilgan ipga osilgan va butun apparat shisha qopqoq ostida joylashtirilgan.
Avvaliga multiplikator o'ta sezgir galvanometr bo'lib tuyuldi, ammo tez orada uni sezilarli darajada yaxshilash mumkinligi aniqlandi. 1821 yilda Amper Vassalli Eandi va undan oldinroq, 1797 yilda Jon Tremeri ishlatgan qurilmaga o'xshash, o'zi aytganidek, "astatik apparat" ni qurdi. Qurilma qutblari qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan ikkita parallel qattiq bog'langan magnit ignadan iborat edi. Butun tizim bir nuqtadan to'xtatildi va pastki o'qga juda yaqin joylashgan parallel o'tkazgich orqali elektr toki o'tkazilganda aylanishni ko'rish mumkin edi. Shu tarzda Amper magnit igna bo'ysunmaganda ekanligini isbotladi magnit ta'sir Yer oqimga perpendikulyar joylashgan.
Leopoldo Nobili (1784-1835) Amperning astatik apparatini Avogadro va Mishelotti kabi ipdagi kulon bilan birlashtirish muvaffaqiyatli g'oyasini ilgari surdi; Shunday qilib, u o'zining mashhur astatik galvanometriga keldi, uning birinchi ta'rifini 1825 yil 13 mayda Modena Fanlar akademiyasining yig'ilishida taqdim etdi. Ushbu asbobning sezgirligi haqida fikr berish uchun Nobili ta'kidlaydi: siz galvanometr simining uchlarini temir sim bilan ulaysiz, o'q 90 ° ga og'ishi uchun barmoqlaringiz bilan bo'g'inlardan birini isitish kifoya.
Nobili galvanometri bir necha o'n yillar davomida fizika laboratoriyalarida eng sezgir o'lchash vositasi bo'lib qoldi va biz Melloniga tadqiqotida qanchalik qimmatli yordam berganini allaqachon ko'rganmiz. 1828 yilda Oersted uni yordamchi taqa magnitidan foydalanib yaxshilashga qaror qildi. Bu urinish muvaffaqiyatli bo'lmadi, lekin u hali ham yordamchi maydonga ega bo'lgan birinchi qurilma sifatida qayd etilishi kerak.
Bular o'lchash asboblari faqat 1837 yilda sezilarli darajada yaxshilandi. Balki Pouilletning o'zi 1840 yilda Vilgelm Veber (1804-1891) tomonidan berilgan asbobining harakat nazariyasini aniq bilmas edi. 1837 yilda A. S. Bekkerel "elektromagnit tarozi" ni ixtiro qildi, u faqat asrning ikkinchi yarmida keng tarqaldi. Keyin boshqa turlar paydo bo'ldi: Helmgoltz (1849), Gogin (1853), Kolrausch (1882). Shu bilan birga, 1826 yilda Poggendorff ko'zgularni hisoblash usulini taqdim etdi, keyinchalik Gauss (1832) tomonidan ishlab chiqilgan va 1846 yilda Veber tomonidan oyna galvanometrida ishlatilgan.
1886 yilda D'Arsonval (1851-1940) tomonidan ixtiro qilingan galvanometr katta ishtiyoq bilan qabul qilindi, unda ma'lumki, o'lchangan oqim magnit maydonga joylashtirilgan engil harakatlanuvchi lasan orqali o'tadi.
