Закон Біо-Савара • Джеймс трефами, енциклопедія "Двісті законів світобудови"

Закон Біо-Савара

Одним з найбільших проривів в природознавстві XIX століття стала серія відкриттів, що дозволили встановити нерозривний зв'язок між двома, здавалося б, не пов'язаними між собою природними феноменами – електрикою і магнетизмом, – які на перевірку виявилися просто двома сторонами однієї медалі. Одним з перших фрагментів пазла, який потрібно було зібрати вченим, стало усвідомлення того, що рухомі електричні заряди (тобто електричний струм) можуть породжувати магнітне поле. Це відкриття зробив датський вчений Ханс Крістіан Ерстед (см. відкриття Ерстеда), а представив його в кількісній формі французький вчений Андре-Марі Ампер (см. Закон Ампера). Узагальненням цієї роботи став закон Біо-Савара (його ще називають «закон Біо-Савара-Лапласа». – Прим. перекладача), Що містить остаточне формулювання співвідношення між електричними струмами і магнітними полями, які вони виробляють.

Жан Батист Біо, яскравий і сміливий вчений, був професором фізики в Сорбонні і дійсним членом французької Академії наук. Відразу після відкриття Ерстеда разом зі своїм колегою Феліксом Саварен він взявся за вивчення взаємозв'язку між електричним струмом і магнітними полями.

На відміну від Ампера, який вивчав магнітні поля опосередковано, шляхом вимірювання сили взаємодії між парами провідників зі струмом, Біо і Савар зробили прямі вимірювання магнітних полів, використовуючи для цього безліч легких магнітних стрілок компасів. Сенс їх закону найпростіше зрозуміти, якщо уявити собі, що провідник зі струмом розбитий на крихітні відрізки – т. Зв. елементи струму (Такий підхід запропонував вченим їх старший колега П'єр Симон Лаплас (Pierre-Simon Laplace, 1749-1827), який стояв біля витоків диференціального й інтегрального числення, який потім і узагальнив отримані результати. – Прим. перекладача). На кожному з цих крихітних відрізків кривизною провідника можна знехтувати – їх можна розглядати як відрізки прямої. Так ось, згідно з законом Біо-Савара, магнітне поле В на відстані r від такого елемента струму пропорційно

IL/r2

де I – сила струму, а L – довжина елемента струму.

Я вже згадував, що закон Біо-Савара є найбільш повним формальним узагальненням взаємозв'язку між електричним струмом і магнітним полем. Це означає, що можна взяти провідник зі струмом як завгодно складної і асиметричною конфігурації і розбити його на елементи струму. Кожен елемент вносить свій внесок в магнітне поле в розраховується точці.Зробивши ці розрахунки, ми можемо потім підсумувати внесок від кожного елемента провідника і знайти загальне магнітне поле (цей процес підсумовування відноситься до області вищої математики і виглядає він досить складно). Таким чином, закон Ампера є окремим випадком закону Біо-Савара для випадку лінійного провідника.

Я ще не сказав, що закон Біо-Савара пророкує також напрямок що виходить магнітного поля. Цей напрямок можна визначити за допомогою так званого правила правої руки, Який став справжнім бичем цілих поколінь студентів фізичних і технічних вузів. Правило говорить: якщо витягнутий вказівний палець правої руки показує напрям електричного струму в елементі струму, а середній палець спрямований на точку, в якій ви обчислюєте магнітне поле, то виставлений під прямим кутом до двох інших пальцях великий палець вкаже напрям магнітного поля.

Як я вже говорив, повне математичний вираз закону Біо-Савара вимагає досить складних обчислень, оскільки воно являє собою інтегральне рівняння. Воно є, по суті, спільним рішенням четвертого рівняння Максвелла.

Див. також:

1864рівняння Максвелла
1879ефект Холла

Фелікс Савар
Félix Savart, 1791-1841

Французький лікар і фізик. Народився в Мезьєр. Отримавши медичну освіту, Савар, проте, влаштувався на роботу в Колеж де Франс в якості професора акустики. Там він вивчав принцип роботи музичних інструментів, перш за все скрипки, на прикладі коливань піщаних хвиль в шарі піску на плоскій поверхні, що відбивають акустичні коливання. Крім того, він винайшов колесо Савара для точного вимірювання висоти музичних тонів і кварцову пластину Савара для вивчення поляризації світла. Однак найвідоміша робота вченого – його співпраця з Біо, що вилилося в закон Біо-Савара.


Жан Батист БІО
Jean-Baptiste Biot, 1774-1862

Французький фізик. Народився в Парижі, виріс в роки Великої французької революції і до початку занять фізикою встиг відслужити в армії. Потім став одним з перших студентів щойно відкритій Паризької політехнічної школи, після закінчення якої продовжував займатися академічною наукою, з часом зайнявши посаду професора фізики в Колеж де Франс в Парижі. У 1803 році був відряджений Міністерством внутрішніх справ для розслідування обставин метеоритного дощу в містечко Егль.Йому вперше вдалося довести, що метеорити мають позаземне походження і в буквальному сенсі падають до нас з неба (в той час в це практично не вірили). На наступний рік Біо разом з Жозефом Луї Гей-Люссак (Joseph-Louis Gay-Lussac, 1778-1850) вперше в історії піднявся в повітря на повітряній кулі в науково-дослідних цілях – для вивчення характеристик магнітного поля Землі на великих висотах. Однак головну популярність приніс йому закон Біо-Савара, а також великі успіхи в дослідженні природи поляризації світла.


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: