Опыт Эрстеда - влияние тока на магнитную стрелку

В 1820 г. датский физик Ганс Христиан Эрстед (1777–1851) собрал электрическую цепь (рис. а):

На рис.: 1 – провод, 2 – магнитная стрелка, подвешенная параллельно проводу, 3 – батарея гальванических элементов,
4 – реостат; 5 – ключ.

... и произвел следующий опыт.
Магнитная стрелка 2 подвешена на тонкой нити над неподвижным проводом 1, расположенным вдоль меридиана, т.е. в направлении север–юг. Стрелка, как известно, устанавливается также приблизительно по линии север – юг, и поэтому располагается примерно параллельно проводу. Но как только замкнем ключ и пустим ток по проводу 1, то увидим, что магнитная стрелка поворачивается, стремясь установиться под прямым углом к нему, т.е. в плоскости, перпендикулярной к проводу (рис. б).

Этот фундаментальный опыт показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие движение магнитной стрелки, т.е. силы, подобные тем, которые действуют вблизи естественных и искусственных магнитов. Такие силы называют магнитными силами, так же называют силы, действующие на электрические заряды, электрическими.

Ранее мы ввели понятие электрического поля для обозначеия того особого состояния пространства, которое проявляется в действиях электрических сил. Точно так же называют магнитным полем то состояние пространства, которое дает о себе знать действием магнитных сил. Таким образом, опыт Эрстеда доказывает, что в пространстве, окружающем электрический ток, возникают магнитные силы, т. е. создается магнитное поле.

Опыт - влияние магнитного поля на рамку стоком

Рамка 1, сделанная из нескольких витков проволоки, свободно подвешена между полюсами неподвижного магнита 2 (рис. а).

К ней может быть подведен ток через зажимы 3. После включения тока рамка устанавливается перпендикулярно к линии, соединяющей полюсы магнита (рис. б). Такое устройство из магнита и рамки используется в гальванометрах, для измерения постоянного тока.

Опыт - влияние магнитного поля Земли ориентацию рамки стоком

Магнитная стрелка, могущая свободно вращаться вокруг вертикальной оси, устанавливается, как известно, в определенном направлении – приблизительно с севера на юг. Ориентирует ли Земля также и электрические токи? В том же 1820 г. Ампер обнаружил и ориентирующее влияние Земли на виток с электрическим током.
Прибор Ампера состоял из проволочного витка 1 в форме почти замкнутого кольца диаметра около 40 см или квадратной рамки (рис. а).

Концы витка находятся точно один под другим на небольшом расстоянии друг от друга. К ним прикреплены два стальных острия 2, опущенных в чашечки с ртутью, к которым присоединены проводники, идущие от батареи. Благодаря такому устройству виток мог свободно вращаться на остриях, и при этом движении цепь тока не прерывалась.

Вместо этого можно, конечно, просто подвесить рамку или соленоид на гибких металлических шнурах, как в опыте с рамкой выше (опыт - влияние магнитного поля на рамку с током). При замыкании тока виток приходил в движение, и плоскость его устанавливалась приблизительно в направлении с запада на восток. Таким образом, действие магнитного поля Земли на виток с током такое же, как и на магнитную стрелку, ось которой перпендикулярна к плоскости витка. Особенно удобно наблюдать ориентирующее действие Земли на виток с током, если в приборе Ампера подвесить не один виток, а катушку, или, как говорят, соленоид, состоящий из большого числа таких витков (рис. б). 
 

Источник: Филатов Е.Н. Физика–11. Часть 2. Механические колебания и волны. Электромагнитные явления.
Экспериментальный учебник для профильных физико-математических классов. – М.: ВШМФ «Авангард», 2010. – 436 с. с.109.