Опыт Роуланда

О́пыт Ро́уланда — эксперимент, поставленный Генри Роуландом, доказывающий, что движущиеся заряды создают вокруг себя магнитное поле.

История эксперимента

Файл:Rouland Henry.jpg

Рис. 1. Генри Аугустас Роуланд за работой

Файл:Роуланд Г Объявление об открытии.jpg

Рис. 2. Объявление об опыте Роуланда в газете

Файл:Опыт Роуланда схема установки.jpg

Рис. 3. Схема опыта Роуланда (Berkley, Vol. 2. P. 315).

В конце 1870-х годов американский физик, профессор Генри А. Роуланд из университета Джона Хопкинса, был направлен в Европу для изучения работы лабораторий и лабораторного оборудования в Старом Свете. В Берлине он познакомился с Германом фон Гельмгольцем и в его лаборатории проводил опыты с магнитными свойствами заряженного диска. Известны фотографии Генри Роуланда за его установкой (см. рисунок 1). Диски Роуланда были выполнены из твёрдой резины и фонографической пластинки и соединялись с валом электрического двигателя, приводившего их в движение. Электрический заряд на дисках образовывался после натирания куском шерстяной ткани, затем включали электродвигатель и диск раскручивался до определённой постоянной скорости. После этого к диску подносили магнитный компас, стрелка которого отклонялась, когда диск приходил в движение. Чем выше была скорость вращения диска, тем сильнее отклонялась стрелка компаса. Из этого Роуланд сделал вывод, что магнитное поле, действующее на намагниченную стрелку компаса, может создаваться не только током, как в опыте Ампера, но и движущимся электростатическим полем. Результаты опыта привлекли всеобщее внимание, и сообщение о результатах этого эксперимента появились в газетах (см. рисунок 2). Опыт Роуланда был завершён в 1876 г.

Несмотря на кажущуюся простоту эксперимента, создание установки требовало сложных математических расчётов и точных измерений. Уравнения Максвелла в это время ещё не были общепризнанными, и эксперимент Роуланда был очень важен для понимания природы электрического и магнитного полей и подтверждения правильности тогда ещё гипотезы Максвелла.

Физические основы

Отметим точность опыта Роуланда. В его эксперименте величина поля, которое нужно было обнаружить и измерить, составляло 10⁻⁵ от величины магнитного поля Земли. Технически эта проблема была решена Роуландом ровно за 10 лет до открытия Генрихом Герцем электромагнитных волн (13 ноября 1886 г.).

Продолжением опыта Роуланда стали эксперименты А. А. Эйхенвальда.

Схема установки, на которой Роуланд проводил свой эксперимент, показана на рисунке 3. Установка состоит из одного или двух заряженных дисков диаметром 21,1 см и толщиной 0,5 см (то есть, фактически, образующие круговой электрический конденсатор с параллельными пластинами), вращающихся вокруг вертикальной оси. Скорость вращения составляла 61 оборот в секунду. Вокруг диска с обеих сторон на расстоянии 0,6 см были закреплены стеклянные пластины диаметром 38,9 см и отверстием в центре диаметром 7,8 см. На стеклянных пластинах имелись позолоченные кольца с внешними диаметрами 24 см и внутренними 8,9 см. Заряженный диск был позолочен с обеих сторон. Позолоченные стороны стеклянных пластин были обращены к заряженному диску, что упрощало вычисления, а внешние пластины были надёжно заземлены. В трубке, расположенной слева от оси вращения дисков, подвешена ось, которая может поворачиваться на произвольный угол (до $180^{\circ }$), на которой закреплены зеркало напротив окна в трубке, и две магнитные иглы, перпендикулярно оси вращения. Создаваемое вращающимися дисками магнитное поле воздействует на магнитные иглы, создавая крутящий момент, ось вместе с магнитными иглами поворачивается, и луч, попадающий на зеркало и отражающийся от него в окошко, описывает дугу на фиксирующей поверхности (шкале).

Результат эксперимента Роуланда доказал, что изолированные заряды при движении создают магнитное поле. Этот факт подтверждал гипотезу Максвелла, согласно которой магнитное поле может быть создано движущимися зарядами, даже при круговом движении конденсатора, а также наличие конвекционного электрического тока.

Поскольку во времена Роуланда не существовало достаточно чувствительных приборов, результат, полученный им, был скорее качественным, чем количественным.

Литература

• Храмов Ю. А. Роуланд Генри (Rowland Henry Augustus). Физики : биографический справочник — Москва : Наука, 1983.
• Храмов Ю. А. Эйхенвальд Александр Александрович // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука, 1983. — С. 309. — 400 с. — 200 000 экз.
• Purcell E. M., Morin D. J. Electricity and Magnetism. — Massachusetts : Cambridge University press, 2013.
• Purcell E. M. Electricity and Magnetism. — Massachusetts : Education Development Center, 1965.
• Шаблон:Книга:Парселл Э.: Электричество и магнетизм
• Шаблон:Книга:Савельев И.В.: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика

Ссылки

• A Treatise on Electricity and Magnetism, Том 1
• Pruebas cruciales para la teoría especial de la relatividad: Corrientes Abiertas y Modelo Magnético de la Luz

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Опыт Роуланда», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Опыт_Роуланда» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».