Электрический ток, как мы уже говорили, действует на пространство, окружающее проводник, по которому этот ток течет. Это действие заключается в том, что вокруг проводника с током появляется магнитное поле. Форма этого поля зависит от формы проводника, а сила поля от силы тока в проводнике. Чем сильнее электрический ток в проводнике, тем сильнее и магнитное поле, окружающее этот проводник. Поле вокруг прямого проводника имеет вид, указанный на рис. 6.
Силовые линии этого поля это круги, центр которых совпадает с центром проводника. Направление этих силовых линий определяется «правилом штопора». Если мы расположим штопор вдоль проводника и будем вращать его так, чтобы он двигался по направлению тока, то движение ручки штопора укажет направление силовых линий (рис. 6А). Если переменить направление тока на обратное, то в направление силовых линий изменится на обратное (рис. 6Б).
Если мы свернем проводник в виде катушки, то магнитное поле, созданное каждым витком катушки, будет складываться с полем соседних витков. Поэтому поле катушки будет гораздо больше, чем поле прямого проводника, по которому течет ток той же силы. Направление магнитного поля катушки также определится по «правилу штопора» (рис. 7А). Если мы расположим штопор вдоль оси катушки и будем вращать штопор так, чтобы движение ручки совпадало с направлением тока в катушке, то движение самого штопора покажет направление магнитных силовых линий. Если мы изменим направление тока в катушке на обратное, то и направление поля, очевидно, изменится на обратное (рис. 7Б).
Поле катушки совершенно подобно полю постоянного магнита. Тот конец катушки, из которого силовые линии выходят, соответствует северному полюсу магнита, а тот, в который они входят, — южному полюсу магнита (рис. 8А).
Магнитное поле катушки можно во много раз усилить, если внутрь катушки поместить сердечник из магнитного материала, например железа (рис. 8Б). Это увеличение силы поля происходит потому, что железо для магнитных силовых линий представляет как бы меньшее сопротивление, чем воздух. В присутствии железного сердечника, как говорят, уменьшается магнитное сопротивление цепи.
Железный сердечник сам намагничивается, и к магнитному полю катушки прибавляется магнитное поле сердечника. Но если ток в катушке прекратится, то и сердечник потеряет свои магнитные свойства. Если же мы вместо железного сердечника возьмем стальной, то он сохранит свои магнитные свойства и после того, как ток в катушке прекратится. Стальной сердечник сам превратится в постоянный магнит. Таким способом, при помощи электрического тока, намагничиваются обычно постоянные магниты.
О силе электрического тока судят по одному из его действий. Можно, например, судить о силе тока по нагреванию проводника, по которому этот ток протекает. Приборы, которые таким образом определяют силу тока, называются тепловыми. О силе тока также можно судить и по магнитным действиям тока, например по действию катушки, по которой течет электрический ток, на магнитную стрелку. Такие приборы называются мультипликаторами.
Устройство мультипликатора схематически изображено на рис. 9. Между двумя катушками К1 и К2 подвешена легкая магнитная стрелка. Когда в катушках тока нет — стрелка стоит в среднем положении (указано пунктиром). Это положение определяется с одной стороны действием магнитного поля земли, а с другой — упругостью нити, на которой стрелка подвешена.
Но если через катушки пропустить электрический ток, то магнитное поле катушки будет действовать на магнитную стрелку. Стрелка будет стремиться повернуться и встать вдоль силовых линий поля катушки. И чем сильнее будет ток в катушках, тем сильнее будет поле и тем больше будет угол, на который повернется стрелка. Так что по величине отклонения стрелки можно судить о силе тока, протекающего по катушкам.
Чтобы увеличить чувстсительность мультипликатора и уменьшить влияние магнитного поля земли на его стрелку, применяют двойную или так называемую астатическую стрелку и две пары катушек (рис. 10). Вместо одной стрелки берут две, но так, что они расположены в обратных направлениях. Тогда магнитное поле земли действует на обе стрелки в противоположных направлениях, тоесть не действует вообще. (Практически, однако, уничтожить целиком влияние магнитного поля земли не удается.) Нижние катушки имеют направление тока, обратное направлению тока в верхних катушках, и поэтому они стремятся повернуть нижнюю стрелку в том же направлении, в каком верхние катушки стремятся повернуть верхнюю. Таким образом, действие магнитного поля земли на астатическую стрелку уменьшается, а действие поля катушек увеличивается. Чувствительность прибора поэтому возрастает.
ко 2-му и 3-му занятию заключается в постройке мультипликатора по описанию, помещенному в этом № журнала. О применении мультипликатора для различных электрических измерений речь будет итти в следующих занятиях.