Popis amperových zkušeností v roce 1820 se stal jednou z klíčových událostí ve vývoji elektromagnetismu. Vědec Charles André Marie Amper zkoumal interakce dvou paralelních vodičů, kterými proudily nabité proudy.
Zjistil, že vodiče se navzájem přibližují nebo odpuzují v závislosti na směru proudů a jejich velikosti. Pokud proudy proudí stejným směrem, vodiče se navzájem přitahují. Pokud proudy proudí v opačných směrech, vodiče se od sebe odpuzují.
Tento jev je způsoben působením magnetického pole vytvořeného proudy. Magnetická pole mezi sebou interagují a způsobují přitažlivou nebo odpudivou sílu vodičů.
Ampérova zkušenost umožnila paralelu mezi elektřinou a magnetismem a zjistila, že spolu neoddělitelně souvisí. Tento jev byl základem matematického formalismu magnetostatiky, otevřeného ampéru, který umožnil popsat interakci nabitých proudů pomocí rovnic.
Odchylka nabitých částic
Amperova zkušenost zjistila, že nabité částice procházející magnetickým polem se odchylují od své přímé trajektorie. Tento jev se nazývá odchylka nabitých částic působením magnetického pole.
Odchylka nabitých částic je způsobena interakcí jejich náboje s magnetickým polem. Pokud se částice pohybuje kolmo ke směru magnetického pole, začne se pohybovat po kruhové dráze kolem čáry magnetického pole.
Síla působící na nabitou částici v magnetickém poli se nazývá Lorencová síla a je určena vzorcem:
kde je F-lorenzova síla, Q-náboj částice, v-Rychlost částice, B-magnetická indukce, θ-úhel mezi vektory rychlosti částice a magnetické indukce.
Velikost odchylky částice závisí na jejím náboji, rychlosti a magnetické indukci. Čím větší je náboj částice nebo rychlost, tím silnější bude odchylka. Také, čím silnější je magnetické pole, tím silnější bude odchylka.
Tento jev má praktické využití například v zařízeních hmotnostní spektrometrie, kde se provádí analýza nabitých částic podle jejich hmotnosti a náboje.
Vliv elektromagnetického pole
Při provádění zkušeností ampéru se dvěma nabitými vodiči poháněnými proudem byl pozorován vliv elektromagnetického pole na jejich interakci.
Když proud prochází vodiči, kolem nich vznikají magnetická pole. Tato pole mají vliv na mezioborové síly a vedou ke vzniku přitažlivých nebo odpudivých sil mezi vodiči.
Pokud proud protékající dvěma paralelními vodiči směřuje na jednu stranu, pak magnetická pole, která vytvářejí, budou směřovat do opačných směrů. V tomto případě budou vodiče interagovat silou přitažlivosti.
Pokud jsou proudy v vodičích směrovány na opačných stranách, pak magnetická pole, která vytvářejí, budou mít stejný směr. V takovém případě se vodiče od sebe odrazí.
Vliv elektromagnetického pole na dva nabité vodiče tedy určuje povahu jejich interakce – přitažlivost nebo odpuzování.
Jednosměrný pohyb
Ze zkušeností Ampera bylo pozorováno, že dvě nabitá těla umístěná vedle sebe se začala pohybovat jedním směrem. Tento jev je založen na interakci mezi nabitými částicemi. Náboje na tělech vytvářejí elektrické pole, které vede ke vzniku přitažlivé nebo odpudivé síly mezi tělesy.
Pokud jsou náboje na tělech stejného znamení, pak odpudivá síla mezi nimi převyšuje třecí sílu s okolím a těla se začnou pohybovat jedním směrem. Tento jev se nazývá elektrická odpudivá síla. Pokud jsou náboje na tělesech opačného znaménka, pak přitažlivá síla mezi nimi převyšuje třecí sílu a tělesa se také začnou pohybovat jedním směrem, ale již na úkor elektrické přitažlivé síly.
Zkušenosti Amperu tedy ukázaly, že nabitá těla mají schopnost vzájemně interagovat a pohybovat se jedním směrem pod vlivem elektrických sil. Toto pozorování je důležité pro pochopení elektromagnetismu a interakce nabitých částic.
Síly interakce
Zkušenosti Amperu se dvěma nabitými proudovými vodiči zaznamenaly interakci sil. Náboje přenášené vodiči vytvářely magnetická pole, která se navzájem ovlivňovala. Pokud byly náboje stejného znaménka, pak siločáry magnetického pole směřovaly podél vodičů a navzájem se odpuzovaly. Tento projev se nazývá stejnojmenné odpuzování.
Pokud měly náboje různé znaky, pak siločáry magnetických polí směřovaly ke středu mezi vodiči a navzájem se přitahovaly. Tento projev se nazývá přitažlivost s pozoruhodným rysem-přitažlivá síla mezi nabitými proudovými vodiči je přímo úměrná součinu jejich nábojů a je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi.
Studium interakčních sil nabitých vodičů bylo jednou ze základních myšlenek, které vedly k formulaci Amperova zákona o elektromagnetismu.
Srovnání s jednou částicí
V ampérových zkušenostech se dvěma nabitými částicemi lze pozorovat některé zajímavé jevy, které se liší od zkušeností s jednou částicí.
Když je v systému pouze jedna nabitá částice, vytvoří elektrostatické pole, které se šíří prostorem kolem ní. Toto pole má vliv na jiné nabité částice a může je pohánět.
Když jsou však v systému přítomny dvě nabité částice, interagují mezi sebou a vytvářejí kolem sebe magnetické pole. Toto magnetické pole ovlivňuje pohyb elektricky nabitých částic a dává jim určitý směr pohybu.
Ve zkušenostech ampéru se dvěma nabitými částicemi tedy můžeme pozorovat nejen elektrostatické efekty spojené s expozicí elektrickým polím, ale také magnetické efekty, které se projevují v interakci nabitých částic a magnetickém poli, které vytvářejí.
| Zkušenosti s Ampérem s jednou částicí | Zkušenosti s Ampérem se dvěma nabitými částicemi |
|---|---|
| Projev pouze elektrostatických účinků | Projevy elektrostatických i magnetických efektů |
| Dopad na nabité částice | Interakce mezi nabitými částicemi a vytvoření magnetického pole |
| Nedostatek vlivu na směr pohybu částice | Vliv na směr pohybu částice pod vlivem magnetického pole |
Zkušenosti ampéru se dvěma nabitými částicemi tak umožňují komplexnější zkoumání interakce elektricky nabitých částic vzhledem k jejich elektrostatickým i magnetickým vlastnostem.