Ответьте на вопросы, страница 178 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему при постановке опыта Эрстед располагал проводник с током вдоль меридиана Земли?

Ханс Кристиан Эрстед в своем знаменитом опыте 1820 года стремился обнаружить связь между электрическим током и магнетизмом. Для обнаружения магнитного поля он использовал обычный компас, стрелка которого в обычных условиях ориентируется вдоль магнитного поля Земли, то есть по направлению север-юг (вдоль магнитного меридиана).

Причина, по которой Эрстед располагал проводник с током именно вдоль меридиана, заключается в следующем:

1. Исходное состояние: В отсутствие тока магнитная стрелка компаса, расположенная под проводом, уже выровнена по направлению север-юг под действием магнитного поля Земли.

2. Создание перпендикулярного поля: Когда по прямому проводнику, расположенному вдоль меридиана, пропускается электрический ток, он создает вокруг себя магнитное поле. Линии этого поля представляют собой концентрические окружности в плоскости, перпендикулярной проводу. Таким образом, непосредственно под проводом (или над ним) вектор магнитного поля тока будет направлен перпендикулярно проводу, то есть по направлению восток-запад.

3. Максимальный эффект: В результате на стрелку компаса действуют два перпендикулярных друг другу магнитных поля: поле Земли ($B_{Земли}$), направленное на север, и поле тока ($B_{тока}$), направленное на запад или восток. Стрелка компаса устанавливается по направлению их векторной суммы $B_{рез} = B_{Земли} + B_{тока}$. Поскольку составляющие векторы перпендикулярны, результирующий вектор будет заметно отклонен от первоначального направления север-юг. Это отклонение (поворот стрелки) легко наблюдать визуально.

Если бы проводник был расположен перпендикулярно меридиану (в направлении восток-запад), то создаваемое им магнитное поле было бы направлено параллельно или антипараллельно магнитному полю Земли (то есть на север или на юг). В этом случае поле тока просто немного усилило или ослабило бы общее поле, но не изменило бы его направления. Стрелка бы не повернулась, и заметить эффект было бы гораздо труднее.

Таким образом, расположение проводника вдоль меридиана было выбрано для того, чтобы получить максимально заметный и однозначный результат — поворот магнитной стрелки.

Ответ: Эрстед располагал проводник с током вдоль меридиана Земли, чтобы создаваемое током магнитное поле было перпендикулярно магнитному полю Земли. В этом случае результирующее магнитное поле вызывает максимальное и наиболее заметное отклонение стрелки компаса, что и позволило ему убедительно продемонстрировать связь электричества и магнетизма.