у 1820 році данський фізик Ганс Крістіан Ерстед проводив лекцію для студентів. Він демонстрував роботу електричного струму за допомогою батарейки Вольти та металевого дроту, а поруч випадково лежав компас. Коли Ерстед замкнув електричне коло, стрілка компаса раптом відхилилася. Спочатку він вирішив, що це випадковість.
Але варто було вимкнути струм — стрілка поверталася на місце. Знову ввімкнути струм — і компас знову відхилявся. Після багатьох повторень стало зрозуміло: це не випадковість. Електричний струм якимось чином створював магнітне поле.
Виявилося, що магнітне поле можна створити взагалі без магніту. Для цього достатньо змусити електричні заряди рухатися. Саме ця проста думка стала справжньою революцією для науки. Відкриття Ерстеда миттєво сколихнуло науковий світ. Вперше в історії стало зрозуміло, що електрика й магнетизм — це не дві незалежні сили природи. Між ними існує глибокий зв’язок.
Відкриття Ерстеда породило важливе запитання. Чому нерухомий електричний заряд створює лише електричне поле, а варто йому почати рухатися — і навколо одразу виникає ще й магнітне? Щоб відповісти на це запитання, потрібно зрозуміти, що таке електричний струм.
Коли ми говоримо про струм, дехто уявляє собі якусь невидиму речовину, що тече всередині дроту. Насправді це не так.
Усередині будь-якого металу міститься величезна кількість вільних електронів. Поки батарейка не під’єднана, вони безперервно рухаються через тепловий рух. Але цей рух абсолютно хаотичний, тому електричного струму не виникає.
Після того, як ми під’єднаймо батарейку, Усередині дроту виникає електричне поле. Саме воно змушує електрони рухатися переважно в одному напрямку. Такий упорядкований рух електронів і називають електричним струмом.
Зверніть увагу на важливу деталь. Самі електрони не змінилися. Вони мають той самий заряд, ту саму масу й ті самі властивості. Змінився лише один факт — їхній рух став упорядкованим. І саме після цього навколо провідника виникає магнітне поле.
Отже, можна зробити дуже важливий висновок. Нерухомий електричний заряд створює лише електричне поле. А рухомий заряд створює і електричне, і магнітне поле.
Щоб дізнатися форму магнітного поля, фізики розсташували навколо дроту десятки маленьких компасів і побачили, що кожна стрілка поверталася по-своєму, але разом вони утворювали правильні концентричні кола навколо провідника. Це означало, що магнітне поле не виходить із дроту і не входить у нього, а ніби обгортає його кільцями.
Саме тому сьогодні в підручниках магнітне поле прямого провідника зі струмом зображують у вигляді концентричних кіл.
Правило правої руки
Щоб швидко визначити напрямок цього поля, фізики сформулювали просте правило, яке називають правилом правої руки. Якщо взяти провідник правою рукою так, щоб великий палець показував напрямок струму, то зігнуті пальці покажуть напрямок магнітного поля.
Важливо пам’ятати: це правило не пояснює, чому природа поводиться саме так. Воно лише дозволяє швидко визначити напрямок магнітного поля.
Сьогодні науковці знають, як обчислити магнітне поле будь-якого електричного струму. Вони можуть з великою точністю передбачити його напрямок, форму та силу. Але чому природа влаштована саме так, а не інакше, сучасна фізика поки що не знає. Науковці не можуть сказати чому рухомий заряд створює магнітне поле?