Опыты Эрстеда

Опыты Эрстеда.

По словам самого Эрстеда, удачные опыты ему удалось произвести лишь весной 1820 г. во время своих лекций об электричестве, гальванизме и магнетизме. Результаты этих опытов были им опубликованы в маленьком мемуаре «Experimenta circa efficaciam conflictus electrici in Acum magneticam» (Hafniae, 21 Juli 1820) («Опыты по влиянию электрического тока на магнитную иглу»), который был им разослан во все известные ученые общества, физикам и в редакции физических журналов. Дословно выдержки из мемуара приведены синим текстом: (рисунки авт., реконструкция). Как видно, описания опытов самим Эрстедом изложены довольно сложно, без подробных иллюстраций.

Первый опыт.

провод и магнитная стрелка, тока нет.

После включения тока. Направление тока от минуса к плюсу.

Штрих-пунктир новое положение стрелки.

«Предположим, что прямолинейный участок этой проволоки протянут над подвешенной обычным способом магнитной стрелкой параллельно направлению последней. Проволоку оставляю достаточно гибкой, чтобы этот участок можно было по желанию перемещать. В данном случае стрелка изменит свое положение и полюс, находящийся под той частью соединительной проволоки, которая ближе к отрицательному концу гальванического аппарата, отклонится к западу. Если расстояние от проволоки до стрелки не превосходит 3/4 дюйма, отклонение составляет около 45°. Если расстояние увеличивать, то угол пропорционально уменьшается. Впрочем, абсолютная величина отклонения изменяется в зависимости от мощности аппарата.»

Перемещая соединительную проволоку к востоку или к западу, оставляя ее параллельной направлению стрелки, мы ничего не изменяем, кроме величины самого действия. Отсюда следует, что наблюдаемый эффект не может быть приписан притяжению, так как если бы отклонение стрелки зависело от притяжений или отталкиваний, то полюс, который приближается к проволоке, когда последняя находится к востоку, должен был бы приближаться к ней и тогда, когда эта проволока переходит к западу.»

«Если соединительная проволока расположена горизонтально под стрелкой, то эффект будет таким же, как и тогда, когда проволока расположена сверху, но действие будет направлено в обратную сторону. Иными словами, полюс стрелки, под которым находится та часть проволоки, которая ближе всего к отрицательному концу батареи, отклоняется в этом случае к востоку. Чтобы легче запомнить эти результаты, мы будем пользоваться следующей формулой: полюс, который видит отрицательное электричество входящим над собой, отклоняется к западу, а полюс, который видит его входящим под собой, отклоняется к востоку….»

Только при достаточно большом токе, или очень близко от провода стрелка устанавливается перпендикулярно току. Вопрос математически ли точно, или все таки под малым углом со стремлением к перпендикуляру. Скорее второе. А может быть и некоторое смещение стрелки вдоль провода? Проверки такой не проводилось.

Этот опыт приводится во многих учебниках, например в монографии Сивухина Д.В. Общий курс физики. Электричество. Т3. стр. 217.

Причем опускается взаимодействие с земным магнитным полем.

Второй опыт.

«Если поворачивать соединительную проволоку в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы она составляла всё больший и больший угол с магнитным меридианом (b), то отклонение стрелки (a) будет увеличиваться, если вращение проволоки будет происходить в направлении положения отклонённой стрелки; оно, напротив, будет уменьшаться, если вращение будет происходить в обратном направлении.»

Проведена проверка как магнитное поле Земли действует на изменение положения провода.

Третий опыт.

Продолжаем перемещать провод, компенсировав действие магнитного поля.

Соединительная проволока, находящаяся в горизонтальной плоскости, в которой движется уравновешенная магнитная стрелка, и параллельная стрелке, не отклоняет её ни на восток, ни на запад, а заставляет её колебаться в плоскости наклонений таким образом, что полюс, вблизи которого в проволоку вступает отрицательное электричество, опускается вниз, если проволока находится с западной стороны стрелки, и наоборот, поднимается вверх, если проволока находится с восточной стороны стрелки.

То есть уже имеем вращение северного полюса вокруг провода. То есть если теперь закрепить стрелку не посредине, а у полюса типа кардан, то любой полюс начнет вращаться вокруг провода. Этот опыт позже осуществил Фарадей.

Четвертый опыт.

Если поместить соединительную проволоку над стрелкой или под нею перпендикулярно к плоскости магнитного меридиана, то стрелка остаётся в покое, за исключением того случая, когда проволока находится близко к полюсу. Но в этом случае полюс поднимается, если начало тока находится с западной стороны проволоки, и опускается, если оно находится с восточной стороны.

Пятый опыт.

Если соединительная проволока помещена отвесно против одного из полюсов магнитной стрелки и близко к нему и если верхний конец проволоки получает электричество от отрицательного конца гальванического прибора, то этот полюс поворачивается к востоку; если же, напротив, проволока находится вблизи такой точки стрелки, которая лежит между полюсом и серединой стрелки, то эта точка отклоняется на запад. Если верхний конец проволоки получает электричество от положительного конца прибора, то явления происходят в обратном порядке.

Данный опыт, исходя из описания Эрстеда, не учитывает магнитного меридиана. И нет разницы, какой полюс находится рядом с проволокой. В принципе это повтор четвертого опыта в вертикальном положении провода.

Современный аналог

Шестой опыт.

Если согнуть соединительную проволоку таким образом, чтобы она образовала у сгиба две параллельные части или две параллельные стороны, то магнитные полюсы притягиваются или отталкиваются ею в зависимости от обстоятельств. Проволоку помещают против одного из полюсов стрелки таким образом, чтобы плоскость параллельных сторон была перпендикулярна к магнитному меридиану, и восточную сторону соединяют с отрицательным концом гальванического прибора, а западную с положительным концом. В этом положении ближайший полюс отталкивается либо на восток, либо на запад, в зависимости от положения плоскости сторон. Если восточная сторона соединена с положительным концом прибора, а западная с отрицательным, то ближайший полюс притягивается.

Если поместить плоскость ветвей перпендикулярно у точки между полюсом и серединой стрелки, то произойдут те же явления, но в обратном порядке.

Стоит добавить, что в данном случае мы уже имеем дело с почти замкнутым контуром, витком. И стрелка должна тянуться к центральной точке, или отталкиваться в зависимости от направления тока.

Латунная стрелка, подвешенная подобно магнитной стрелке, не приходит в движение от действия соединительной проволоки. Равным образом остаётся в покое при таких опытах и стрелка из стекла или каучука.

«Согласно изложенным фактам, электрический конфликт, по-видимому, не ограничен проводящей проволокой, но имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки.

Кроме того, из сделанных наблюдений можно заключить, что этот конфликт образует вихрь вокруг проволоки. Иначе было бы непонятно, как один и тот же участок проволоки, будучи помещен под магнитным полюсом, относит его к востоку, а находясь под полюсом, увлекает его к западу.

Именно вихрям свойственно действовать в противоположных направлениях на двух концах одного диаметра.

Вращательное движение вокруг оси, сочетающееся с поступательным движением вдоль этой оси, обязательно дает винтовое движение. Однако, если я не заблуждаюсь, такое винтовое движение, по-видимому, не является необходимым для объяснения какого-либо из явлений, наблюдавшихся до сих пор.

Все действия, которые наблюдаются по отношению к северному полюсу и были описаны нами выше, легко объясняются, если предположить, что отрицательная электрическая сила или материя описывает спираль слева направо и действует на северный полюс, не влияя на южный. Действия на южный полюс объясняются подобным же образом, если допустить, что положительная электрическая материя движется в противоположном направлении и обладает свойством действовать на южный полюс, не влияя на северный. Чтобы ясно представить себе этот закон и видеть, как он согласуется с фактами, повторение опытов лучше всяких объяснений. Весьма полезно для лучшей ориентировки в опытах как-нибудь отметить на самой проволоке направление электрических сил.»

Дополнение к опытам Эрстеда

Завивка проводника с током вокруг магнита. Изменение направления тока меняет направление завивки спирали.

Вопрос только в том, вращается ли действительно сам ток. Опыты с жидкими электролитами при малых токах не обнаруживают вращения. Не обнаружено вращения в каналах электрических разрядов, в канале электрической дуги.

Это не является абсолютным доказательством полного отсутствия вращения. Токи достаточно малы, в том числе и в канале молнии. Возможно, вращение просто незаметно глазу.

В опытах Планте такое вращение было обнаружено, но касается оно уже взаимодействия магнита и тока в электролите. Плоскость вращения параллельна плоскости полюсного наконечника.

То есть взаимодействуют два потока. Вращающийся магнитный поток-вихрь (без полюсов) от проводника, его действие не обнаруживается движением жидкости в отсутствии магнита, и магнитный поток (входящий и выходящий) из магнита. Если разворачивать в опыте Планте магнит параллельно встык току, за плюсовым электродом, плоскость вращения жидкости тоже повернется. Без магнита вращения нет.

Имеется подтверждение вращения магнитного потока вокруг проводника с током. Это двойной опыт Фарадея с вращением проводника вокруг магнита и магнита вокруг проводника. До сих пор имеется только констатация факта, но нет объяснения, почему происходит вращение и почему в опыте Эрстеда происходит притяжение магнита именно нейтральной зоной к проводнику.

Опыт с опилками не комментируется сегодняшними теоретиками никак.

Аналогичен опыту Фарадея (вращение тока) опыт с электронным лучом в осциллографе. Если магнит полюсом приблизить к стационарному лучу (точка посредине экрана) то в результате получится круг.

Как в данном случае определить вектор магнитной индукции у проводника и его направление? Это вообще вызывает затруднение.

Силовые магнитные линии и их современное обозначение с вектором магнитной индукции проводника с током не меньшее недоумение, чем и линии постоянного магнита.

Нам втолковывают, не смотря на четкое определение вектора магнитной индукции:

«За положительное направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, СВОБОДНО устанавливающейся в магнитном поле.»,

Следующую картинку с демонстрацией правила буравчика:

Рис 20. рис. 21

Где вектор индукции располагается по касательной к окружности описанной вокруг проводника. То есть не одного вектора, а множества векторов, не существующих на самом деле, поскольку даже их равнодействующая равна нулю!

Одно немаловажное замечание!!!!!! Полюсов у отрезка проводника с током нет. Полюса есть только у рамки с током!!!!!! По оси!!!!

А теперь посмотрим на опыт, сделанным Эрстедом, магнитная стрелка находится под проводом и первоначально до включения тока параллельна ему. После включения тока устанавливается перпендикулярно проводу.

Вопрос: а так ли абсолютно точно перпендикулярно? Или стремится к этой перпендикулярности? У Эрстеда не было прецизионных наблюдений, как то: точное измерение угла, качание плоскости стрелки. Скорость поворота стрелки. То есть динамические характеристики взаимодействия. Эти наблюдения и до сей поры не проведены. Хотя в наше время измерить индукцию да посмотреть динамику труда не представляет. Надо отметить тонкость еще Эрстедом отмеченную. Любое взаимодействие проводника с током и магнита подразумевает одновременное взаимодействие с магнитным полем земли, пренебрегать которым, скорее всего не стоит.

Куда в данном случае направлен вектор??????? По идее у провода во все стороны от оси провода, а у магнитной стрелки по касательной к окружности вокруг провода.

Как привычно и рисуют

То есть и у провода и у стрелки вектор имеет одно направление, а это означает, что у провода есть полюса как у подковообразного магнита, почему-то направленные сверху к стрелке. Это воплотилось в знаменитом правиле «буравчика», правый винт по направлению тока показывает направление вектора!!!! А магнитная стрелка притягивается, причем серединой к проводу.

Вывод:

По определению это вектор магнитной индукции не проводника, а магнитной стрелки !!!!!!!!! или множества стрелок вокруг проводника.

А у самого провода вектор магнитной индукции является вихревым и определен быть не может. Только во взаимодействии с магнитом. Тогда правило буравчика отражает не вектор, а направление движения вихря, взаимодействующего с магнитом. Причем направление это выбрано произвольно!!!!!! Исходя из произвольно выбранного направления в самом определении вектора магнитной индукции.

И как быть с тем, что проводник с током просто выталкивается из магнитного потока между полюсами подковообразного магнита, независимо от полюса и направления самого тока? В какую сторону в данном случае неважно, важно, что в нейтральную зону, свободную от магнитного потока. При этом сам магнит к проводу ПРИТЯГИВАЕТСЯ СЕРЕДИНОЙ.

Получается, что у провода надо выбирать конкретное направление вектора магнитной индукции в зависимости от того, где находится полюсной наконечник северного полюса магнита. То есть под углом к средней линии магнита.. Для двух проводов с током это будет нормаль между ними. Но это и будет неверно. Поскольку полюсов у отрезков проводников нет.

И это взаимодействие не вписывается в определение вектора магнитной индукции.

Вывод только один, нам нужен не вектор магнитной индукции, а вектор силы и момент силы. А направление, истинное надо определять опытным путем.

Такая же картина и с двумя проводниками с током. Опыты Ампера.

Такое впечатление, что при одинаковом направлении тока имеем два бесконечно плоских магнита, которые складываем разноименными полюсами, у одного северный полюс к нам, у второго от нас, и наоборот. ????? но ведь нет полюсов у провода. О силе и моменте силы уже было сказано. Получается, что имеем бесполюсное магнитное поле. В корне отличающегося от взаимодействия самих магнитов. В первом случае это линейный закон Ампера, во втором обратно пропорциональная зависимость от квадрата расстояния - закон Кулона!!! Ныне он классиками магнетизма не рассматривается, а описывается как курьез c магнитными зарядами. Но опыты были Кулоном проведены и от них не отмахнешься.

А теперь надо посмотреть подвешенную рамку с током и применить к ней результаты Эрстеда в отношении отрезка. Правило буравчика и радиальное расположение магнитных стрелок. Все хорошо, если не считать одного но. Совершенно непонятно откуда берется вращение, действительно обнаруженное впоследствии Фарадеем в опыте. А дело в статичности, которую нам преподают. Эрстед же все рассматривал в динамике. В статике не рассматривают направлений поворота стрелок в зависимости от положения. Тенденцию к вращению определил Эрстед, но последователи, исключая Фарадея и Ампера, не занялись самой динамикой, а чисто по-пользовательски отнеслись к явлению, решив, что и сделанного ими предостаточно. Именно поэтому многие исключительно важные с точки зрения динамики, проведенные опыты остались за бортом, незамеченные. И до сих пор вращение и движение проводящих сред выдается как новое открытие, новые поля и новые магнитные взаимодействия. Имеются в виду монография небезызвестного Николаева. И множество публикаций на сайте http://ntpo.com/physics/opening/30.shtml и других сайтах.

В чем недостаток опыта Эрстеда. И что забыли экспериментаторы 18 века проверить. Вращающий момент не определили.

Какой можно предложить опыт. С известной индукцией магнита магнитной стрелки, меняя ток и расстояние от проводника определить зависимость изменения угла поворота стрелки, на основании чего можно определить вращающий момент. А, используя динамометр или весы определить силу притяжения стрелки к проводу, подвесив ее за среднюю линию.

Дополнительное предложение, провести опыт с проводом, имеющим плоскую конфигурацию, ленточным. Понаблюдать, есть ли отличия от первого опыта.

Выводы: вихревой магнитный поток от провода, большей частью своей проходит через магнит, причем делает это равновесно с обоих полюсов сразу. Получается, как будто собственный магнит все время крутится внутри провода. Ток намагничивает ферромагнитный материал.

Каков может быть процесс.

Любая передача энергии с ее поглощением вызывает притяжение.

По проводу идет излучение, ток. Само оно может и вращается, но в однородном проводящем материале возможно очень слабо.

Оно рассеивается. А рассеиваемое уже должно вращаться. Причина вращения это турбулентности при обтекании излучением атомов, вращение атомов и вращение излучения после его обработки атомами. Возможно вращение на винтовой структуре самих кристаллов.

Внутри провода из-за неоднородностей образуются вирхи и не один, а множество из рассеиваемого излучения.

Шаг очень маленький.

Практически в один атом, или атомную плоскость кристалла.

Направление закручивание тогда определяется в основном направлением винта в кристаллах. А это в свою очередь определяется направлением вращения магнитного потока при их образовании. Не забываем про магнитный поток Земли!!!

Примечание. Наличие винтовых дислокаций при росте кристаллов отмечается давно. Их возникновение не просто в некоторых кристаллах, а уже повсеместно отмечается во многих работах посвященных выращиванию кристаллов в магнитном поле. Вот статья, к примеру, выявление повышенной пластичности, обусловленной именно винтовыми дислокациями. Неискушенных в квантовой механике это может отпугнуть мощью теоретической подкладки. http://www.rcamel.ru/glava_1.htm

Еще одна. http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=29472&p_page=5

В общем, кристаллография только начала свои исследования в этом направлении. В Интернете статей раз два и обчелся.

http://www.ooorustorg.ru/abstract/fundamental/2b.html очень сильно бьет по эффекту Холла с его необъясненным до сих пор, Самой Квантовой механикой! знаком. http://fatyf.narod.ru/hall-effect.htm

«В кристалле мы имеем ясное доказательство существования общего принципа жизни, и хотя мы не можем понять жизни кристалла, он, тем не менее - живая субстанция». Никола Тесла.

Это эпиграф к статье о спирали ДНК в каком – то журнале. Таково и мое мнение.

Тогда основной поток рассеивания практически перпендикулярен направлению тока

Так как каждый слой мешает друг другу, вихри рассеивания уходят в сторону от провода. И закручены вокруг провода. По направлению винтовых дислокаций.

Поток вихрей снаружи провода неоднородный, ослабевающий с расстоянием. Мало того, как отмечается во множестве опытов, пары вихрей вращаются совместно!!. Вокруг друг друга. Таким образом, множественность частных вращений создает вращение в общем, в цилиндрическом окружении провода.

Сначала такой вихрь встречается со средой, пытается ее подстроить под себя. То есть, такое излучение, встретив, любой атом на своем пути изменяет его состояние. Если атом является «проводником» но плохим парамагнетиком, появляется электрический потенциал со слабым намагничиванием. Если плохим проводником, но хорошим парамагнетиком «ферромагнетиком», появляется сильная намагниченность и малый электрический потенциал.

Таким образом, весь вихрь в комплексе по длине проводника с током либо намагничивает, либо создает повышенную электризацию близлежащих атомов.

Примеры: Электризация воздуха возле проводов высоковольтных линий электропередач (ЛЭП постоянного тока). Переменного и импульсного тока в силу уже Фарадеевской магнитной индукции.

Образование малой ЭДС в проводнике, перпендикулярно расположенном отношению к проводнику с током. Проводник возле провода высокого напряжения.

Намагничивание железных опилок и их притяжение к проводу.

В данный момент рассматривается постоянство магнитного потока, отсутствия изменения его во времени или отсутствия движения «участников» опыта, магнитов или проводников.

Естественно, возникающие разности потенциалов и степени намагничиваемости крайне малы, поскольку при этом не присутствуют какие либо серьезные изменения в самом процессе. Образование больших ЭДС будет объяснено при рассмотрении магнитной индукции, Опыты Фарадея.

Образование «статической» эдс в проводнике при перпендикулярном расположении

Образование «статической» ЭДС в проводнике внутри замкнутого контура с током.

Образование «распределенной» ЭДС при параллельном расположении.

Намагничивание железных опилок. В данном случае уже само притяжение - есть факт движения опилок, система перестает быть статичной и работает закон магнитной индукции Фарадея. То есть атомы поглощая излучение намагничиваются и лишь потом начинают двигаться к проводу в сторону роста интенсивности вихревого магнитного потока, что еще более намагничивает. Любая передача энергии с ее поглощением вызывает притяжение.

Уже намагниченная магнитная стрелка просто серединой притягивается к проводнику с током. Направление указано красной стрелкой.

В связи с вышеизложенным, вихревым и отчасти спиральным характером процесса, следует ожидать слабо заметное поступательное движение вдоль провода намагниченных атомов, а вместе с тем и магнитов перпендикулярно направлению тока (показано на рисунке синим). Явление самоиндукции. Появление эдс в источнике.

Излучение встречается с ферромагнетиком.

Подстраивает его атомы под себя.

Тот начинает проводить именно это излучение, причем очень хорошо..

Притягивается.

Если тот уже настроен. Уже магнит. Часть излучения вихря проходит через него. То есть разворачивает почти перпендикулярно проводу и за полюса тянет..

Просто притягивает. По принципу передачи энергии.

И пытается на малый шаг сдвинуть его вместе с собой.

Если не получается, то начинает вращать его своим потоком. В последствии это и осуществил Фарадей.

Все.

Пока рассмотрен только статический вариант объяснения электромагнитной индукции, позволяющий более досконально объяснить опыты Фарадея.

Что и будет сделано в последующих статьях.

Данный опыт не позволяет определить действительное направление вращения и действительное направление движения магнитного потока у постоянного магнита.

Фатьянов А.В. 2005-2010 Спб.