Двинувшаяся стрелка: Эрстед, Ампер и рождение электромагнетизма | Электричество, эп. 5

Копенгаген, 21 апреля 1820 года. Во время лекции Ханс Кристиан Эрстед кладёт проволоку с током над компасом, и стрелка поворачивается: не к проволоке, не от неё, а поперёк. Это первая сила в природе, когда-либо наблюдавшаяся в боковом направлении. В течение трёх месяцев математик из Парижа Андре-Мари Ампер показал, что два тока притягиваются друг к другу в пустом воздухе, что катушка проволоки является магнитом и что каждый магнит может быть катушкой невидимых нам токов. В этом эпизоде ​​показано движение стрелки компаса от Копенгагена до Парижа, через законы Био и Савара, электродинамику Ампера и электромагниты Стерджена и Генри, которые могли поднимать девятьсот килограммов и отпускать их по команде. Это 5-й эпизод серии «Как человечество открыло электричество» из серии «Principia» по истории физики. Физика не просто рассказывается, а демонстрируется: магнитные поля петли и соленоида вычисляются по закону Био-Савара, моделируется колебание стрелки компаса под проволокой Эрстеда, а поле катушки сравнивается с полем стержневого магнита. РАЗДЕЛЫ 00:00 Копенгаген, 21 апреля 1820 г. 01:38 Две силы: от Гильберта до Кулона 03:38 Что увидел Эрстед: странная геометрия 05:00 Насколько велико поле? Моделирование компаса 06:03 Париж, сентябрь 1820 г.: Араго и Ампер 07:08 Два тока, одна сила: определение ампера 07:49 Катушка — это магнит; Магнит — это катушка 09:10 Гонка: Араго, Швейггер, Био и Савар 10:18 Создание любого поля: Био-Савар, вычисление 10:57 Электродинамика Ампера и какой закон принадлежит ему 12:20 Электромагниты: Стерджен и Генри 13:52 Где мы находимся в 1820 году ИСТОЧНИКИ • Х. К. Эрстед, Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam (Копенгаген, 21 июля 1820 г.); английский перевод в Annals of Philosophy 16 (1820) • Р. К. Стауффер, «Спекуляции и эксперименты на фоне открытия Эрстедом электромагнетизма», Isis 48 (1957) • А.-М. Ампер, мемуары, прочитанные в Академии наук 18 и 25 сентября 1820 г.; Математическая теория электродинамических явлений, уникальный опыт (1826 г.) • Ж.-Б. Био и Ф. Савар, записка, прочитанная в Академии, 30 октября 1820 г., Annales de chimie et de Physique 15 (1820 г.) • Дж. К. Максвелл, Трактат об электричестве и магнетизме (1873), том. II, об Ампере • У. Стерджен, Труды Общества искусств 43 (1825 г.); Дж. Генри, «Американский журнал науки», № 19 (1831) и № 20 (1831) • Дж. Л. Хейлброн, «Электричество в XVII и XVIII веках» (1979); Л. Пирс Уильямс, «Андре-Мари Ампер», «Научный американец» (1989) • Исторические изображения взяты из Wikimedia Commons / Wellcome Collection / Rijksmuseum / Metropolitan Museum (см. ссылки на источники) ЗАМЕЧАНИЕ О ЦИФРАХ Поле длинного прямого провода равно B = μ₀I/2πr: 20 микротесла на расстоянии одного сантиметра от одного ампера, против примерно 50 микротесла на Земле. Компас под проводом Эрстеда останавливается в точке, где уравновешиваются два поля, при arctan(B_провод/B_Земля): примерно 50° для трех ампер на одном сантиметре, примерно 13° на пяти сантиметрах. Два параллельных провода на расстоянии одного метра друг от друга, несущие по одному амперу каждый, притягиваются с силой 2×10⁻⁷ ньютонов на метр, что соответствует определению ампера с 1948 по 2019 год. Электромагнит Стерджена 1825 года весил около 200 г и поднимал около 4 кг; магнит Генри 1831 года из Йельского университета поднимал 2063 фунта (936 кг). Линии поля в этом эпизоде ​​интегрируются численно по закону Био-Савара. АВТОРЫ Исторические сцены являются кинематографическими реконструкциями; Ниже представлены архивные изображения: портрет Х. К. Эрстеда, сделанный К. А. Йенсеном, и дагеротип Эрстеда (общественное достояние / CC0); гравюра XIX века «Эксперимент Эрстеда» (общественное достояние); гравюра Андре-Мари Ампера 1825 года (общественное достояние) и пунктирная гравюра (коллекция Wellcome, CC BY 4.0); бюст Франсуа Араго (CC0); портретная гравюра Жана-Батиста Био 1820 года (Метрополитен-музей, CC0); множитель Швейггера, электромагнит Стерджена, электромагнит Генри и электромагнитный аппарат 1840 года (общественное достояние); фотография Джозефа Генри, сделанная Брэди (общественное достояние); Х. Г. Ф. Холм, «Королевский холм зимой», около 1832 года (общественное достояние). Музыка: "Long Note Two" Кевина Маклеода (incompetech.com), лицензия Creative Commons: By Attribution 4.0 – creativecommons.org/licenses/by/4.0/ Principia – истории физики и космоса. #физика #история #электричество #Эрстед #Ампер #электромагнетизм