Когда А. Ампер зачитал свой доклад о взаимодействиях токов, один из его коллег спросил: «Но что же, собственно, нового в том, что вы нам сказали? Само собой ясно, что если два тока оказывают действие на стрелку, то они оказывают действие также и друг на друга». Докажите, что это возражение неверно.

Для того чтобы понять, почему возражение коллеги Ампера неверно, важно углубиться в теоретические основы взаимодействия электрических токов и магнитных полей. Давайте подробно разберем ключевые физические понятия и принципы, которые связаны с данным вопросом.

1. Магнитное поле и электрический ток
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, таких как электроны. Когда ток проходит по проводнику, вокруг него создается магнитное поле. Его характеристики описываются законом Био−Савара−Лапласа и правилами, такими как правило правой руки.

Магнитное поле, создаваемое током, является векторным и определяется направлением тока, формой проводника, а также расстоянием до точки измерения. Важно учитывать, что магнитное поле имеет свойства, которые позволяют ему взаимодействовать с другими токами или магнитными моментами.

2. Закон взаимодействия токов
Андре−Мари Ампер экспериментально установил, что два проводника с токами взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие является следствием закона магнетизма: проводники с токами создают магнитные поля, и ток в одном проводнике испытывает действие магнитного поля, созданного другим проводником.

Если два параллельных проводника находятся рядом друг с другом и по ним течет ток, то магнитное поле одного проводника будет воздействовать на ток в другом проводнике. В зависимости от того, как направлены токи (в одном направлении или противоположном), проводники притягиваются или отталкиваются.

3. Сила Ампера
Взаимодействие токов количественно описывается силой Ампера. Формула для силы, действующей на участок проводника с током в магнитном поле, записывается в виде:
$$ F = I \cdot \ell \cdot B \cdot \sin\theta $$
где:
− $ F $ — сила, действующая на проводник,
− $ I $ — сила тока в проводнике,
− $ \ell $ — длина участка проводника,
− $ B $ — индукция магнитного поля,
− $ \theta $ — угол между направлением тока и направлением магнитного поля.

Таким образом, сила зависит как от характеристик тока и магнитного поля, так и от их взаимной ориентации.

4. Принцип действия магнитной стрелки
Магнитная стрелка ориентируется вдоль линий магнитного поля. Когда рядом с магнитной стрелкой находится проводник с током, стрелка реагирует на магнитное поле, созданное этим током. Однако взаимодействие токов друг с другом — это качественно иной процесс, который нельзя напрямую выводить из взаимодействия магнитного поля с магнитной стрелкой.

5. Возражение коллеги Ампера
Коллега Ампера, приводя возражение, считал, что взаимодействие двух токов очевидно, исходя из того, что токи воздействуют на стрелку. Однако этот аргумент не учитывает фундаментальную разницу между действием магнитного поля на магнитную стрелку и на ток в проводнике.

Магнитное поле воздействует на магнитную стрелку на основе её магнитного момента, а взаимодействие двух токов происходит благодаря силам, возникающим между проводниками. Это взаимодействие связано с движением заряженных частиц и является результатом сложных электромагнитных процессов, которые нельзя свести к простому наблюдению за поведением магнитной стрелки.

6. Важность открытия Ампера
Ампер первым количественно описал взаимодействие токов, что стало важнейшим шагом в развитии электродинамики. Его открытия позволили формализовать понятие о магнитных взаимодействиях, ввести законы, которые затем легли в основу всей современной теории электромагнетизма.

Таким образом, возражение коллеги Ампера неверно, потому что оно упрощает физическую реальность и не учитывает важность и новизну открытия Ампера о взаимном влиянии проводников с токами.