Опис досвіду Ампера в 1820 році стало одним з ключових подій у розвитку електромагнетизму. Вчений Шарль Андре Марі Ампер досліджував взаємодію двох паралельних провідників, по яких протікали заряджені струми.
Він виявив, що провідники зближуються або відштовхуються один від одного в залежності від напрямку струмів і їх величини. Якщо струми течуть в одному напрямку, провідники притягуються один до одного. Якщо струми течуть в протилежних напрямках, то провідники відштовхуються один від одного.
Це явище пояснюється дією магнітного поля, створюваного струмами. Магнітні поля взаємодіють між собою, викликаючи силу тяжіння або відштовхування провідників.
Досвід Ампера дозволив провести паралель між електрикою і магнетизмом, встановивши, що вони нерозривно пов'язані один з одним. Це явище лягло в основу математичного формалізму магнітостатики, відкритого Ампером, який дозволив описати взаємодію заряджених струмів за допомогою рівнянь.
Відхилення заряджених частинок
У досвіді Ампера було помічено, що заряджені частинки, що проходять через магнітне поле, відхиляються від своєї прямої траєкторії. Це явище називається відхиленням заряджених частинок під впливом магнітного поля.
Відхилення заряджених частинок обумовлено взаємодією їх заряду з магнітним полем. Якщо частинка рухається перпендикулярно до напрямку магнітного поля, вона почне рухатися по круговій траєкторії навколо лінії магнітного поля.
Сила, що діє на заряджену частинку в магнітному полі, називається лоренцевою силою і визначається за формулою:
де F-лоренцева сила, q-заряд частинки, v-швидкість частинки, B - магнітна індукція, θ - кут між векторами швидкості частинки і магнітної індукції.
Величина відхилення частинки залежить від її заряду, швидкості і магнітної індукції. Чим більше заряд частинки або швидкість, тим сильніше буде відхилення. Також, Чим сильніше магнітне поле, тим сильніше буде відхилення.
Це явище має практичне застосування, наприклад, в пристроях мас-спектрометрії, де здійснюється аналіз заряджених частинок по їх масі і заряду.
Вплив електромагнітного поля
При проведенні досвіду Ампера з двома зарядженими струмоведучими провідниками спостерігався вплив електромагнітного поля на їх взаємодію.
Коли струм проходить через провідники, навколо них виникають магнітні поля. Ці поля впливають на междузарядние сили і призводять до виникнення сил тяжіння або відштовхування між провідниками.
Якщо струм, що протікає через два паралельних провідника, спрямований в одну сторону, то створювані ними магнітні поля будуть спрямовані в протилежних напрямках. В цьому випадку провідники будуть взаємодіяти силою тяжіння.
Якщо ж струми в провідниках будуть спрямовані в протилежних сторонах, то створювані ними магнітні поля матимуть однаковий напрямок. В цьому випадку провідники будуть відштовхуватися один від одного.
Таким чином, вплив електромагнітного поля на два заряджених провідника визначає характер їх взаємодії – тяжіння або відштовхування.
Переміщення в одну сторону
У досвіді Ампера було помічено, що два заряджених тіла, поміщені поруч, починали переміщатися в одну сторону. Це явище засноване на взаємодії між зарядженими частинками. Заряди на тілах створюють електричне поле, яке призводить до виникнення сили тяжіння або відштовхування між тілами.
Якщо заряди на тілах однакового знака, то сила відштовхування між ними перевищує силу тертя з навколишнім середовищем, і тіла починають рухатися в одну сторону. Це явище називається електричною відразливою силою. Якщо ж заряди на тілах протилежного знака, то сила тяжіння між ними перевищує силу тертя, і тіла також починають рухатися в одну сторону, але вже за рахунок електричної притягає сили.
Таким чином, досвід Ампера показав, що заряджені тіла мають здатність взаємодіяти один з одним і рухатися в одну сторону під впливом електричних сил. Це спостереження має важливе значення для розуміння електромагнетизму та взаємодії заряджених частинок.
Сила взаємодії
У досвіді Ампера з двома зарядженими струмовими провідниками спостерігалося взаємодія сил. Заряди, переносячись через провідники, створювали магнітні поля, які впливали один на одного. Якщо заряди були одного знака, то силові лінії магнітного поля були спрямовані уздовж провідників і вони відштовхували один одного. Це прояв називається однойменним відштовхуванням.
Якщо ж заряди мали різні знаки, то силові лінії магнітних полів були спрямовані до центру між провідниками і вони притягували один одного. Це прояв називається тяжінням з примітною особливістю – сила тяжіння між зарядженими струмовими провідниками прямо пропорційна добутку їх зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
Вивчення сил взаємодії заряджених провідників було однією з основоположних ідей, що призвели до формулювання закону Ампера в області електромагнетизму.
Порівняння з однією частинкою
У досвіді Ампера з двома зарядженими частинками можна спостерігати деякі цікаві феномени, які відрізняються від досвіду з однією частинкою.
Коли в системі знаходиться тільки одна заряджена частинка, то вона створює електростатичне поле, яке поширюється в просторі навколо неї. Це поле впливає на інші заряджені частинки і може приводити їх у рух.
Однак, коли в системі присутні дві заряджені частинки, то вони взаємодіють один з одним, створюючи магнітне поле навколо себе. Це магнітне поле впливає на рух електрично заряджених частинок, надаючи їм певний напрямок руху.
Таким чином, в досвіді Ампера з двома зарядженими частинками ми можемо спостерігати не тільки електростатичні ефекти, пов'язані з впливом електричних полів, але і магнітні ефекти, які проявляються у взаємодії заряджених частинок і створюваному ними магнітному полі.
| Досвід Ампера з однією частинкою | Досвід Ампера з двома зарядженими частинками |
|---|---|
| Прояв тільки електростатичних ефектів | Прояв і електростатичних, і магнітних ефектів |
| Вплив на заряджені частинки | Взаємодія між зарядженими частинками і створення магнітного поля |
| Відсутність впливу на напрямок руху частинки | Вплив на напрямок руху частинки під впливом магнітного поля |
Таким чином, досвід Ампера з двома зарядженими частинками дозволяє більш повно досліджувати взаємодію електрично заряджених частинок, враховуючи як їх електростатичні, так і магнітні властивості.