Оказалось, что электрические токи могут порождать магнитные эффекты, а магниты, в свою очередь, спо­собны вызывать силы, действующие на токи. И это привело к тому, что не замедлили явиться на свет электромагнитные двигатели и генераторы, электроиз­мерительные приборы и мощные электромагниты - и "эпоха пара" начала уступать "эпохе электричества", воистину изменившей мир и определившей лицо совре­менной цивилизации.

Но фундаментальные открытия в электромагнетизме оказались не исчерпаны позапрошлым столетием. Раз­витие идеи единства сил природы вызвало пересмотр многих укоренившихся понятий и породило новую физическую картину мира, с которой мы вошли в XXI век.

Что ж, попробуем чуть-чуть продвинуться в понима­нии этой картины, начав с выяснения "родственных отношений" между токами и магнитами. 

Вопросы и задачи

2. К противоположным вершинам A и С ромба AKCD из однородной проволоки подведены провода от источника тока. Какова магнит­ная индукция в центре ром­ба? Как будет направлен вектор магнитной индукции в этой точке, если ветвь ром­ба АКС сделать из медной проволоки, а ветвь ADC - из алюминиевой того же сечения?

 3. К наиболее удаленным друг от друга вершинам кубического каркаса, изготовленного из однородной проволоки, подводится постоянное напряжение. Чему равна индукция магнитного поля в центре куба при протекании по его ребрам токов?

4. По двум одинаковым проволочным круговым проводникам, имеющим общий центр и расположенным в перпендикулярных плоскостях, текут одинаковые токи. Модуль вектора магнитной индукции в
общем центре равен В. Какой будет магнитная индук­ция в той же точке, если             ,

прежний ток пойдет только по одному про­воднику?

5.  Ток I, текущий по проводу, согнутому в окружность радиусом R, создает в ее центре магнитное поле, абсолютная величина индукции которого равна В. Какой станет индукция поля в центре полуокружности О, если провод будет иметь вид, показанный на рисунке?

6.   На плоской гладкой поверхности лежит проводник из мягкого провода. Какую форму примет провод, если пропустить по нему достаточно сильный ток?

7.   Как будут взаимодействовать между собой витки соленоида, если по ним потечет: а) постоянный ток; б) переменный ток?

8.   По двум жестким незакрепленным прямолиней­ным проводам, скрещивающимся под прямым углом, пропускают токи /₁ и 1₂ . Как будет меняться взаимное расположение проводов сразу после включения токов?

 9. Как расположится небольшая магнитная стрелка, поме­щенная в центре плотно намо­танной катушки, подключен­ной к источнику тока?

 10. Для чего в катушках со­противления используют бифилярную намотку - наматы­вают на стержень провод, сло­женный вдвое так, что оба его конца оказываются рядом?

 11. Громоотвод был соединен с землей при помощи тонкостенной металлической трубки. Почему после удара молнии трубка мгновенно превратилась в круг­лый стержень?

 12. Что будет происходить с рамкой с током, поме­щенной в магнитные поля, изображенные на рисунке?

 13. Проволочное кольцо с током свободно подвеше­но на мягких подводящих  проводах и охватывает посередине горизонтальный цилиндрический постоянный магнит. Что произойдет с кольцом, если изменить на­правление тока в нем на про­тивоположное?

15. Как изготовить электро­магнит, подъемную силу которого можно было бы регулировать?

 16. Можно ли построить сильный электромагнит, если поставлено условие, чтобы ток в нем был сравни­тельно малый? 

Микроопыт

Понаблюдайте за воздушными проводами, питаю­щими двигатель вагона троллейбуса, или за рельсами детской электрической железной дороги. Как взаимо­действуют между собой провода или рельсы, когда по ним протекают токи?

Любопытно, что...

.. .впервые магнитные действия электрического тока наблюдали в середине XVIII века американец Фран­клин и итальянец Беккариа при изучении разрядов молнии или лейденской банки (прообраз современно­го конденсатора). Позже француз Араго описал слу­чай, когда ударившая в дом молния сильно намагни­тила в нем стальные ножи, вилки и другие предметы.

 ...в 1759 году профессор физики Петербургской академии наук Эпинус разработал первую математи­ческую теорию электрических и магнитных явлений, положив в ее основу представление об особых "жидкостях", избыток или недостаток которых вызывает электризацию или намагничивание тел.

...знаменитый опыт Эрстеда по воздействию элект­рического тока на магнитную стрелку, приведший к возникновению новой области физики - электромагне­тизма, отражал характерную для ученого идею взаи­мосвязи различных природных процессов. Так, еще в 1821 году им была высказана мысль, что свет представ­ляет собой электромагнитное явление

...уже через три месяца после выхода брошюры Эрстеда с описанием его открытия французские физики Био и Савар экспериментально установили закону действия тока на магнитный полюс. Их соотечественник Лаплас придал закону математическую форму, в которой тот до сих пор фигурирует в учебниках физики.

 .. .Ампер, проведший огромное количество опытов по электромагнетизму, обнаружил, в том числе, влияние поля Земли на проводники с током и открыл магнитный эффект катушки с током - соленоида, что позволило ему, считать такую катушку эквивалентом постоянного магнита.

 ...пытаясь найти закон, описывающий взаимодей­ствие токов, Ампер опирался на третий закон Ньюто­на, не подозревая, что открыл новый тип сил, отлич­ный от уже известных центральных. Полемика по этому поводу поставила проблему выполнения закона сохранения импульса в электродинамике.

...список источников магнитного поля, в который со времен Ампера входили постоянные магниты и элект­рические токи, был дополнен физикой XX века: она включила в него элементарные частицы, обладающие собственным магнитным моментом

...действие магнитного поля на электролит, через который пропускают ток, вызывает, так же, как и в металлических проводах, появление амперовых сил. Это используют в магнитогидродинамических сепара­торах при разделении материалов по их свойствам и в электромагнитных насосах для перекачки, в частно­сти, жидкого натрия, служащего теплоносителем в атомных реакторах.

...элементарное рассмотрение взаимодействия маг­нита с витком тока приводит к неприемлемости поня­тия "эфира" - некой гипотетической всепроникающей среды, заполняющей пространство. Именно с этого рассмотрения начиналась самая первая работа по теории относительности Эйнштейна, решительно отка­завшегося от представлений об эфире.