1820 г. Эрстед, Швейгер, Ампер, Араго, Био и Савар

1820 г. Эрстед, Швейгер, Ампер, Араго, Био и Савар

В 1820 году, 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» [35].

Т. е. (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» [35]),

— 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.

Рис 12. Схема опыта Эрстеда, по [22] /

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. [11]), 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 [11, 12, 16, 27, 36]:

16 сентября 1820 г. 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 году 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».