Что обнаружил эрстед в 1820 году
Ганс Кристиан Эрстед обнаружил магнитное действие электричества
В 1820 году датский профессор физики 43-летний Ганс Кристиан Эрстед демонстрировал на лекции несложный опыт по электричеству. При демонстрации он обнаружил, что электрический ток, проходящий по проволоке, оказывает воздействие на магнитную стрелку компаса, находящуюся под ней. По одной из версий это произошло 15 февраля 1820 года.
Это открытие не было случайностью. Научная деятельность Эрстеда построена на убежденности связи между электричеством и магнетизмом. В некоторых источниках даже указывается, что Эрстед якобы всюду носил с собой магнит, чтобы непрерывно думать о связи магнетизма и электричества.
Продемонстрировав, как магнитная стрелка поворачивается под действием тока, протекающего по проводу расположенного вблизи компаса, Эрстед открыл еще и вращающий момент сил, до этого науке неизвестный.
Новость об открытии Эрстедом взаимодействия электрического поля и магнита быстро облетела всех физиков. Это дало толчок к выдвижению и развитию новых гипотез и объединило развивающиеся параллельно учения об электричестве и магнетизме.
Уже в июне 1820 года Эрстед печатает на латинском языке небольшую работу под заголовком: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку».
После своего открытия Эрстед стал всемирно признанным учёным. Он был избран членом многих наиболее авторитетных научных обществ: Лондонского Королевского общества, Парижской Академии, а в 1830 году его избрали почетным членом Петербургской академии наук.
Он продолжил заниматься наукой — в 1823 году независимо от Ж.Фурье открыл термоэлектрический эффект и создал первый термоэлемент. Изучал сжимаемость и упругость жидкостей и газов, изобрёл пьезометр, пытался обнаружить электрические эффекты под действием звука. Занимался он и молекулярной физикой.
Умер Эрстед в Копенгагене 9 марта 1851 года. Его хоронили как национального героя.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Опыт Эрстеда
Содержание
Суть опыта
Ганс Христиан Эрстед помещал над магнитной стрелкой прямолинейный металлический проводник, направленный параллельно стрелке. При пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180°. Аналогичный разворот наблюдался, если провод переносился на другую сторону, располагаясь не над, а под стрелкой.
Объяснение опыта
Согласно современным представлениям, при протекании через прямолинейный проводник электрического тока в пространстве вокруг него возникает магнитное поле, силовые линии которого представляют собой окружности с центром на оси проводника. При этом величина магнитного поля пропорциональна силе тока, текущего в проводнике, и обратно пропорциональна расстоянию до проводника [3] :
где B — модуль вектора индукции магнитного поля, i — сила тока, r — расстояние от точки наблюдения до проводника, c — скорость света (здесь использована запись в гауссовой системе единиц).
При помещении в магнитное поле вещества, имеющего ненулевой магнитный момент (магнита), на него начинает действовать момент силы Лоренца, пропорциональный индукции магнитного поля и величине магнитного момента, а также синусу угла между их векторами [4] :
где M — модуль вектора момента сил, действующих на магнитный момент, 
— величина магнитного момента, 
— угол между векторами 
и 
.
Момент сил стремится выстроить магнитную стрелку параллельно направлению вектора магнитной индукции, то есть перпендикулярно проводнику с током. Этот эффект тем сильнее, чем выше сила тока в проводнике и чем больше сила магнита. На практике действию магнитной силы противостоят силы трения в точке крепления магнитной стрелке, поэтому эффект может быть слабо выражен.
Роль опыта в истории физики
Описанный 21 июля 1820 года в краткой статье «Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam» [5] опыт стал первым экспериментальным доказательством взаимосвязи электрических и магнитных явлений.
От электричества до телевидения. 1816-1820
Рональдс, Лампадиус, Эрстед, Швейгер, Ампер, Араго, Био и Савар,
В 1816 молодой английский ученый сэр Фрэнсис Рональдс (1788—1873) в своем поместье Кеймскотт Хаус построил телеграф, на котором по электрическому кабелю, заключенному в стеклянные трубки, передал с помощью статического электричества сигнал на расстояние 8 миль. Основная идея Рональдса состояла в том, что на обоих концах линии были в качестве приемников циферблаты с буквами алфавита и цифрами — это был первый электростатический телеграф синхронного действия.
Сэр Фрэнсис Рональдс не патентовал свое изобретение, а предложил британскому правительству, — предложение было отклонено! 11 июля 1816 Рональдс предложил свой телеграф в британское Адмиралтейство и рекомендовал свою конструкцию как средство передачи телеграфных разведывательных сообщений с большой скоростью и точностью — и получил ответ, что телеграфы любого рода в настоящее время не нужны (. ).
Изобретатель не стал более проявлять настойчивости и уехал в Европу, он занимался метеорологией и в 1843 стал суперинтендантом метеорологической лаборатории, в 1844 сэр Фрэнсис Рональдс стал членом Королевского общества как изобретатель различных электрических и механических метеорологических инструментов. До создания телеграфа Морзе оставалось 20 лет (см. 1837).
В 1817 профессор Горной академии во Фрайберге, Саксония, (в этой академии в 18-м веке учился Ломоносов) Вильгельм Лампадиус (1772—1842) выпустил первый учебник по электрохимии: «Grundri; der Elektrochemie», Verlag Craz und Gerlach, Freiberg, 1817. Термин «электрохимия» именно в этом учебнике предложен Лампадиусом.
1820 Г. ЭРСТЕД, ШВЕЙГЕР, АМПЕР, АРАГО, БИО И САВАР
В 1820, 21 июля, непременный секретарь Датского королевского общества, профессор университета в Копенгагене Ханс Христиан Эрстед (1777—1851) опубликовал небольшую работу о своих экспериментах по влиянию гальванической цепи на магнитную стрелку. Легенда о фундаментальном открытии Эрстеда приписывает это воле случая — якобы на его лекции кто-то заметил, что при замыкании профессором Эрстедом электрической цепи происходит отклонение магнитной стрелки. В короткой, но очень содержательной работе Эрстеда нет никакого упоминания об этом. Свой мемуар Эрстед по традиции тех времен разослал во все известные физические общества, известным физиками и в редакции научных журналов.
Эрстед пишет в самом начале работы:
«Prima experimenta circa rem, quam illustrare aggredior, in scholis de Electricitate, Galvanismo et Magnetismo proxime-superiori hieme a me habitis instituta sunt. His experimentis monstrari videbatur, acum magneticam ope apparatus galvanici e situ moveri; idque circulo galvanico cluso, non aperto, ut frustra tentaverunt aliquot abhinc annis physici quidam celeberrimi».
Что означает (мой авторский сокращенный перевод с латыни):
«Первые эксперименты по этому предмету на занятиях по электричеству, гальванизму, магнетизму я начал показывать зимой. Эти эксперименты демонстрировали, что магнитная стрелка реагировала на гальванический аппарат, при этом гальваническая цепь была закрыта, а не открыта, что ранее пробовали делать многие видные физики».
Главное свое открытие профессор Эрстед видел именно в том, что на магнитную стрелку действует замкнутая гальваническая цепь — «cluso, non aperto».
Кроме того, Ханс Эрстед обнаружил удивительный факт — удаленный провод цепи, перпендикулярный к плоскости магнитного меридиана, на стрелку не действует (. )
(«Si filum conjungens perpendiculare ad planum meridiani magnetici, vel supra vel infra acum ponitur, h;c in quiete permanet»),
— это опровергало труды и постулаты всех предшественников Эрстеда, в т. ч. великого Исаака Ньютона — идея о тождественности законов взаимодействия электрических и магнитных «зарядов» рухнула!
В своей работе Ханс Эрстед не избежал и ошибки — он считал, что на стрелку действует только накаливающаяся проводящая проволока, в то время как накаливание было следствием большого тока, а не причиной действия тока на стрелку.
На иллюстрации схема опыта Эрстеда.
Неожиданное и прорывное открытие широко не известного датского физика Эрстеда внесло смятение с умы европейских физиков. Некоторые даже пытались оспорить его первенство — назывались имена итальянцев Альдине, Можоне, Романьози, эксперименты которых состояли в намагничивании игл при помощи гальванизма, либо попытке показать влияние магнитного поля Земли на столб Вольта (столб подвешивали горизонтально на шелковых нитях и т. д.), но физики, в первую очередь французские, дружно признали — первенство в открытии электромагнетизма принадлежит профессору Хансу Эрстеду.
После изучения физиками работы Эрстеда открытия в области электричества и магнетизма посыпались в 1820 году как из рога изобилия:
16 сентября 1820 профессор университета в Галле Иоганн Швейгер (1779—1857) на съезде естествоиспытателей в Галле впервые показал «мультипликатор» — первый измеритель силы тока, основанный на отклонении магнитной стрелки компаса в поле провода, свитого в виде катушки из нескольких (т. е. «мульти») витков, через который пропускается измеряемый ток. Швейгеру принадлежит термин «гальванометр», его прибор называли «мультипликатор Швейгера», в настоящее время потомок этого прибора обычно называется «амперметр». Швейгер независимо от Земмеринга и Шиллинга применил изоляцию витков навитого провода, первоначально он делал это воском и сургучом, а затем стал применять обвивку шелком — этот способ Швейгера-Земмеринга стал повсеместно распространен.
Профессор Политехнической школы Парижа Андре Ампер (1775—1836) в 1820 повторил опыты Эрстеда и серьезно их развил:
18 сентября в Парижской академии он сделал первое сообщение о проверке опытов Эрстеда и о своих опытах. Андре Ампер первым применил термин «электрический ток», он дал некоторую теорию взаимодействия магнитной стрелки и тока, сформулировал правило отклонения стрелки (правило пловца);
25 сентября на втором докладе в Парижской академии Ампер сообщил об открытии взаимодействии (притяжении и отталкивании) токов в проводах, т. е. он заложил основы электродинамики (магнит в этих опытах Ампера отсутствовал), и взаимодействии токов в проволоках навитых спиралью и по винтовой линии вокруг стеклянной трубки — тем самым он первым создал прототип индуктивного дросселя;
2 октября он представил в академию резюме двух своих докладов, в котором дал четкое определение понятий «электрическое напряжение» и «электрический ток»;
30 октября он доложил об открытии действия магнитного поля Земли на ток;
4 декабря Ампер опубликовал теоретическую работу о законах взаимодействия элементарных токов.
Коллега Ампера профессор Политехнической школы Доминик Араго (1786—1853) 20 сентября на заседании в «Бюро долгот» доложил о своем открытии и первым продемонстрировал намагничивание и притяжение железных опилок проволокой, по которой протекает ток;
30 октября французские физики Жан-Батист Био (1774—1862) и Феликс Савар (1792—1841) на заседании Парижской академии доложили о проверке работ Эрстеда и своем открытии опытным путем закона о действии гальванического тока на магнит; этот закон известен как «закон Био-Савара-Лапласа».
Физик Ханс Эрстед обнаружил магнитное действие электричества
Ханс Кристиан Эрстед
В 1820 году датский профессор физики 43-летний Ханс Кристиан Эрстед (дат. Hans Christian Ørsted, 1777—1851) демонстрировал на лекции несложный опыт по электричеству. При демонстрации он обнаружил, что электрический ток, проходящий по проволоке, оказывает воздействие на магнитную стрелку компаса, находящуюся под ней. По одной из версий это произошло 15 февраля 1820 года.
Это открытие не было случайностью. Научная деятельность Эрстеда построена на убежденности связи между электричеством и магнетизмом. В некоторых источниках даже указывается, что Эрстед якобы всюду носил с собой магнит, чтобы непрерывно думать о связи магнетизма и электричества.
Продемонстрировав, как магнитная стрелка поворачивается под действием тока, протекающего по проводу расположенного вблизи компаса, Эрстед открыл еще и вращающий момент сил, до этого науке неизвестный.
Новость об открытии Эрстедом взаимодействия электрического поля и магнита быстро облетела всех физиков. Это дало толчок к выдвижению и развитию новых гипотез и объединило развивающиеся параллельно учения об электричестве и магнетизме.
Уже в июне 1820 года Эрстед печатает на латинском языке небольшую работу под заголовком: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта на магнитную стрелку».
После своего открытия Эрстед стал всемирно признанным учёным. Он был избран членом многих наиболее авторитетных научных обществ: Лондонского Королевского общества, Парижской Академии, а в 1830 году его избрали почетным членом Петербургской академии наук.
Он продолжил заниматься наукой — в 1823 году независимо от Ж.Фурье открыл термоэлектрический эффект и создал первый термоэлемент. Изучал сжимаемость и упругость жидкостей и газов, изобрёл пьезометр, пытался обнаружить электрические эффекты под действием звука. Занимался он и молекулярной физикой.
Ханс Кристиан Эрстед
 |
Золотая медаль университета 1797 года была присуждена ему за эссе «Границы поэзии и прозы». Следующая его работа касалась свойств щелочей, а диссертация, за которую он получил звание доктора философии, была посвящена медицине.
Ганс едет по направлению университета на стажировку во Францию, Германию, Голландию.
15 февраля 1820 года Эрстед, уже заслуженный профессор химии Копенгагенского университета, читал своим студентам лекцию. Лекция сопровождалась демонстрациями. На лабораторном столе находились источник тока, провод, замыкающий его зажимы, и компас. В то время, когда Эрстед замыкал цепь, стрелка компаса вздрагивала и поворачивалась. При размыкании цепи стрелка возвращалась обратно. Это было первое экспериментальное подтверждение связи электричества и магнетизма.
Нужно сказать, что отклонение стрелки компаса в лекционном опыте было весьма небольшим. В июле 1820 года Эрстед повторил эксперимент, используя более мощные батареи источников тока. Теперь эффект стал значительно сильнее. Сила, действующая между магнитом и проволокой, была направлена не по соединяющей их прямой, а перпендикулярно к ней. Магнитная стрелка никогда не указывала на проволоку, но всегда была направлена по касательной к окружностям, эту проволоку опоясывающим. Магнитные силовые линии окружают проводник с током, или электрический ток является вихрем магнитного поля. Таково содержание первого основного закона электродинамики, и в этом суть открытия ученого. Мемуар Эрстеда вышел в свет 21 июля 1820 года. Уже через несколько дней мемуар появился в Женеве, где в то время был с визитом Араго. Первое же знакомство с опытом Эрстеда доказало ему, что найдена разгадка задачи, над которой бился и он, и многие другие. На первом же заседании Академии, на котором Араго присутствовал сразу по возвращении, 4 сентября 1820 года он делает устное сообщение об опытах Эрстеда. Записи, сделанные в академическом журнале ленивой рукой протоколиста, свидетельствуют, что академики просили Араго уже на следующем заседании, 22 сентября, показать всем присутствующим опыт Эрстеда, чт о называется, «в натуральную величину».
После открытия почести посыпались на Эрстеда. Он был избран членом многих авторитетнейших научных обществ.
В 1821 году Эрстед одним из первых высказал мысль, что свет представляет собой электромагнитные явления. В 1822-1823 годах независимо от Ж. Фурье переоткрыл термоэлектрический эффект и построил первый термоэлемент. Эрстед экспериментально изучал сжимаемость и упругость жидкостей и газов, изобрел пьезометр. Ученый проводил исследования по акустике, в частности пытался обнаружить возникновение электрических явлений за счет воздуха.
В 1830 году Эрстед стал почетным членом Петербургской академии наук. Он основывает в Дании общество для поощрения научных занятий и литературный журнал, читает просветительные лекции для женщин, поддерживает «маленького Ганса Христиана», своего тезку будущего великого писателя Ганса Христиана Андерсена. Эрстед становится национальным героем.