Электрическое и магнитное поле в чем различия


СОДЕРЖАНИЕ:

Магнитное поле

Классическая электродинамика
Электричество · Магнетизм
Электростатика
Закон Кулона
Теорема Гаусса
Электрический дипольный момент
Электрический заряд
Электрическая индукция
Электрическое поле
Электростатический потенциал
Магнитостатика
Закон Био — Савара — Лапласа
Закон Ампера
Магнитный момент
Магнитное поле
Магнитный поток
Магнитная индукция
Электродинамика
Векторный потенциал
Диполь
Потенциалы Лиенара — Вихерта
Сила Лоренца
Ток смещения
Униполярная индукция
Уравнения Максвелла
Электрический ток
Электродвижущая сила
Электромагнитная индукция
Электромагнитное излучение
Электромагнитное поле
Электрическая цепь
Закон Ома
Законы Кирхгофа
Индуктивность
Радиоволновод
Резонатор
Электрическая ёмкость
Электрическая проводимость
Электрическое сопротивление
Электрический импеданс
Ковариантная формулировка
Тензор электромагнитного поля
Тензор энергии-импульса
4-потенциал
4-ток
Известные учёные
Генри Кавендиш
Майкл Фарадей
Никола Тесла
Андре-Мари Ампер
Густав Роберт Кирхгоф
Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл
Генри Рудольф Герц
Альберт Абрахам Майкельсон
Роберт Эндрюс Милликен
См. также: Портал:Физика

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения [1] ; магнитная составляющая электромагнитного поля [2] .

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля) [3] . С математической точки зрения — векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).

Ещё одной фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал.

  • Нередко в литературе в качестве основной характеристики магнитного поля в вакууме (то есть в отсутствие магнитной среды) выбирают не вектор магнитной индукции а вектор напряжённости магнитного поля , что формально можно сделать, так как в вакууме эти два вектора совпадают [4] ; однако в магнитной среде вектор не несет уже того же физического смысла [5] , являясь важной, но всё же вспомогательной величиной. Поэтому при формальной эквивалентности обоих подходов для вакуума, с систематической точки зрения следует считать основной характеристикой магнитного поля именно

Магнитное поле можно назвать особым видом материи [6] , посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Магнитные поля являются необходимым (в контексте специальной теории относительности) следствием существования электрических полей.

Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

  • С точки зрения квантовой теории поля магнитное взаимодействие — как частный случай электромагнитного взаимодействия переносится фундаментальным безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля), часто (например, во всех случаях статических полей) — виртуальным.

Содержание

Источники магнитного поля [ править ]

Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).

Вычисление [ править ]

В простых случаях магнитное поле проводника с током (в том числе и для случая тока, распределённого произвольным образом по объёму или пространству) может быть найдено из закона Био — Савара — Лапласа или теоремы о циркуляции (она же — закон Ампера). Этот способ ограничивается случаем (приближением) магнитостатики — то есть случаем постоянных (если речь идёт о строгой применимости) или достаточно медленно меняющихся (если речь идёт о приближенном применении) магнитных и электрических полей.

В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла.

Проявление магнитного поля [ править ]

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к векторам v и B [3] . Она пропорциональна заряду частицы q , составляющей скорости v , перпендикулярной направлению вектора магнитного поля B , и величине индукции магнитного поля B . В Международной системе единиц (СИ) сила Лоренца выражается так:

в системе единиц СГС:

где квадратными скобками обозначено векторное произведение.

Также (вследствие действия силы Лоренца на движущиеся по проводнику заряженные частицы) магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник с током называется силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

Взаимодействие двух магнитов [ править ]

Одно из наиболее часто встречающихся в обычной жизни проявлений магнитного поля — взаимодействие двух магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами как взаимодействие между двумя монополями, и с формальной точки зрения эта идея вполне реализуема и часто весьма удобна, а значит практически полезна (в расчётах); однако детальный анализ показывает, что на самом деле это не полностью правильное описание явления (наиболее очевидным вопросом, не получающим объяснения в рамках такой модели, является вопрос о том, почему монополи никогда не могут быть разделены, то есть почему эксперимент показывает, что никакое изолированное тело на самом деле не обладает магнитным зарядом; кроме того, слабостью модели является то, что она неприменима к магнитному полю, создаваемому макроскопическим током, а значит, если не рассматривать её как чисто формальный приём, приводит лишь к усложнению теории в фундаментальном смысле).

Правильнее будет сказать, что на магнитный диполь, помещённый в неоднородное поле, действует сила, которая стремится повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был сонаправлен с магнитным полем. Но никакой магнит не испытывает действия (суммарной) силы со стороны однородного магнитного поля. Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом m выражается по формуле [7] [8] :

Сила, действующая на магнит (не являющийся одиночным точечным диполем) со стороны неоднородного магнитного поля, может быть определена суммированием всех сил (определяемых данной формулой), действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.

Впрочем, возможен подход, сводящий взаимодействие магнитов к силе Ампера, а сама формула выше для силы, действующей на магнитный диполь, тоже может быть получена, исходя из силы Ампера.

Явление электромагнитной индукции [ править ]

Если поток вектора магнитной индукции через замкнутый контур меняется во времени, в этом контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции, порождаемая (в случае неподвижного контура) вихревым электрическим полем, возникающим вследствие изменения магнитного поля со временем (в случае неизменного со временем магнитного поля и изменения потока из-за движения контура-проводника такая ЭДС возникает посредством действия силы Лоренца).

Математическое представление [ править ]

Магнитное поле в макроскопическом описании представлено двумя различными векторными полями, обозначаемым как H и B .

H называется напряжённостью магнитного поля; B называется магнитной индукцией. Термин магнитное поле применяется к обоим этим векторным полям (хотя исторически относился в первую очередь к H ).

Магнитная индукция B является основной [8] [9] [10] характеристикой магнитного поля, так как, во-первых, именно она определяет действующую на заряды силу, а во-вторых, векторы B и E на самом деле являются компонентами единого тензора электромагнитного поля. Аналогично, в единый тензор объединяются величины H и электрическая индукция D . В свою очередь, разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное является совершенно условным и зависящим от выбора системы отсчёта, поэтому вектора B и E должны рассматриваться совместно.

Впрочем, в вакууме (при отсутствии магнетиков), а значит и на фундаментальном микроскопическом уровне, H и B совпадают (в системе СИ с точностью до условного постоянного множителя, а в СГС — полностью), что позволяет в принципе авторам, особенно тем, кто не использует СИ, выбирать для фундаментального описания магнитного поля H или B произвольно, чем они нередко и пользуются (к тому же, следуя в этом традиции). Авторы же, пользующиеся системой СИ, систематически отдают и здесь в этом отношении предпочтение вектору B , хотя бы потому, что именно через него прямо выражается сила Лоренца.

Единицы измерения [ править ]

Величина B в системе единиц СИ измеряется в теслах (русское обозначение: Тл; международное: T), в системе СГС — в гауссах (русское обозначение: Гс; международное: G). Связь между ними выражается соотношениями: 1 Гс = 1·10 -4 Тл и 1 Тл = 1·10 4 Гс.

Векторное поле H измеряется в амперах на метр (А/м) в системе СИ и в эрстедах (русское обозначение: Э; международное: Oe) в СГС. Связь между ними выражается соотношением: 1 эрстед = 1000/(4π) A/м ≈ 79,5774715 А/м.

Энергия магнитного поля [ править ]

Приращение плотности энергии магнитного поля равно:

В линейном тензорном приближении магнитная проницаемость есть тензор (обозначим его ) и умножение вектора на неё есть тензорное (матричное) умножение:

или в компонентах [11] .

Плотность энергии в этом приближении равна:

— компоненты тензора магнитной проницаемости, — тензор, представимый матрицей, обратной матрице тензора магнитной проницаемости, — магнитная постоянная

При выборе осей координат совпадающими с главными осями [12] тензора магнитной проницаемости формулы в компонентах упрощаются:

— диагональные компоненты тензора магнитной проницаемости в его собственных осях (остальные компоненты в данных специальных координатах — и только в них! — равны нулю).

В изотропном линейном магнетике:

Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:

Ф — магнитный поток, I — ток, L — индуктивность катушки или витка с током.

Магнитные свойства веществ [ править ]

С фундаментальной точки зрения, как это было указано выше, магнитное поле может создаваться (а значит — в контексте этого параграфа — и ослабляться или усиливаться) переменным электрическим полем, электрическими токами в виде потоков заряженных частиц или магнитными моментами частиц.

Конкретные микроскопические структуры и свойства различных веществ (а также их смесей, сплавов, агрегатных состояний, кристаллических модификаций и т. д.) приводят к тому, что на макроскопическом уровне они могут вести себя достаточно разнообразно под действием внешнего магнитного поля (в частности, ослабляя или усиливая его в разной степени).

В связи с этим вещества (и вообще среды) в отношении их магнитных свойств делятся на такие основные группы:

  • Антиферромагнетики — вещества, в которых установился антиферромагнитный порядок магнитных моментоватомов или ионов: магнитные моменты веществ направлены противоположно и равны по силе.
  • Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля.
  • Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля.
  • Ферромагнетики — вещества, в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов.
  • Ферримагнетики — материалы, у которых магнитные моменты вещества направлены противоположно и не равны по силе.
  • К перечисленным выше группам веществ в основном относятся обычные твердые или (к некоторым) жидкие вещества, а также газы. Существенно отличается взаимодействие с магнитным полем сверхпроводников и плазмы.

Токи Фуко [ править ]

Токи Фуко́ (вихревые токи) — замкнутые электрические токи в массивном проводнике, возникающие при изменении пронизывающего его магнитного потока. Они являются индукционными токами, образующимися в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором оно находится, либо в результате движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или любую его часть. Согласно правилу Ленца, магнитное поле токов Фуко направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующему эти токи [13] .

История развития представлений о магнитном поле [ править ]

Хотя магниты и магнетизм были известны гораздо раньше, изучение магнитного поля началось в 1269 году, когда французский ученый Пётр Перегрин (рыцарь Пьер из Мерикура) отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» по аналогии с полюсами Земли. Почти три столетия спустя, Уильям Гильберт Колчестер использовал труд Петра Перегрина и впервые определённо заявил, что сама Земля является магнитом. Опубликованная в 1600 году, работа Гилберта «De Magnete», заложила основы магнетизма как науки. [14]

В 1750 году Джон Мичелл заявил, что магнитные полюса притягиваются и отталкиваются в соответствии с законом обратных квадратов. Шарль-Огюстен де Кулон экспериментально проверил это утверждение в 1785 году и прямо заявил, что Северный и Южный полюс не могут быть разделены. Основываясь на этой силе, существующей между полюсами, Симеон Дени Пуассон, (1781—1840) создал первую успешную модель магнитного поля, которую он представил в 1824 году. В этой модели магнитное H-поле производится магнитными полюсами и магнетизм происходит из-за нескольких пар (север/юг) магнитных полюсов (диполей). [14]

Три открытия подряд бросили вызов этой «основе магнетизма». Во-первых, в 1819 году Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле вокруг себя. Затем, в 1820 году, Андре-Мари Ампер показал, что параллельные провода, по которым идёт ток в одном и том же направлении, притягиваются друг к другу. Наконец, Жан-Батист Био и Феликс Савар в 1820 году открыли закон, названный законом Био-Савара-Лапласа, который правильно предсказывал магнитное поле вокруг любого провода, находящегося под напряжением. [14]

Расширив эти эксперименты, Ампер издал свою собственную успешную модель магнетизма в 1825 году. В ней он показал эквивалентность электрического тока в магнитах, и вместо диполей магнитных зарядов модели Пуассона, предложил идею, что магнетизм связан с постоянно текущими петлями тока. Эта идея объясняла, почему магнитный заряд не может быть изолирован. Кроме того, Ампер вывел закон, названный его именем, который, как и закон Био-Савара-Лапласа, правильно описал магнитное поле, создаваемое постоянным током, а также была введена теорема о циркуляции магнитного поля. Кроме того, в этой работе, Ампер ввел термин «электродинамика» для описания взаимосвязи между электричеством и магнетизмом. [14]

В 1831 году Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию, когда он обнаружил, что переменное магнитное поле порождает электричество. Он создал определение этого феномена, которое известно как закон электромагнитной индукции Фарадея. Позже Франц Эрнст Нейман доказал, что для движущегося проводника в магнитном поле, индукция является следствием действия закона Ампера. При этом он ввел векторный потенциал электромагнитного поля, который, как позднее было показано, был эквивалентен основному механизму, предложенному Фарадеем. [14]

В 1850 году лорд Кельвин, тогда известный как Уильям Томсон, различие между двумя магнитными полями обозначил как поля H и B. Первое было применимо к модели Пуассона, а второе — к модели индукции Ампера. Кроме того, он вывел как H и B связаны друг с другом. [14]

Между 1861 и 1865 годами Джеймс Клерк Максвелл разработал и опубликовал уравнения Максвелла, которые объяснили и объединили электричество и магнетизм в классической физике. Первая подборка этих уравнений была опубликована в статье в 1861 году, озаглавленной «On Physical Lines of Force». Эти уравнения были признаны действительными, хотя и неполными. Максвелл завершил свои уравнения в своей более поздней работе 1865 года «Динамическая теория электромагнитного поля» и определил, что свет представляет собой электромагнитные волны. Генрих Герц экспериментально подтвердил этот факт в 1887 году. [14]

Хотя подразумеваемая в законе Ампера сила магнитного поля движущегося электрического заряда не была явно заявлена, в 1892 году Хендрик Лоренц вывел её из уравнений Максвелла. При этом классическая теория электродинамики была в основном завершена. [14]

Двадцатый век расширил взгляды на электродинамику, благодаря появлению теории относительности и квантовой механики. Альберт Эйнштейн в своей статье 1905 года, где была обоснована его теория относительности, показал, что электрические и магнитные поля являются частью одного и того же явления, рассматриваемого в разных системах отсчета. (См. Движущийся магнит и проблема проводника — мысленный эксперимент, который в конечном итоге помог Эйнштейну в разработке специальной теории относительности). Наконец, квантовая механика была объединена с электродинамикой для формирования квантовой электродинамики (КЭД). [14]

Магнитное поле

of your page
Оцените анонимно:

Магнитное поле или электромагнитное поле (эфиродинамика) — материальное, но невещественное тело, объект или даже поле. В самом общем виде представляет собой замкнутые потоки эфира кольцевой (провод с током) или тороидальной (виток с током, катушка) формы. Магнитное поле порождается движущимися зарядами как сумма их кольцевых вращений, распространяющееся в эфире..

В бытовом плане, понятия магнитного и электромагнитного поля не схожи только тем, что электромагнитное имеет искусственный электротехнический способ возникновения. В современной физике, понятие электромагнитного поля является более общим, однако при нету никаких реальных оснований отличать эти понятия друг от друга.

Содержание

Основные свойства магнитного поля

  • Магнитное поле имеет эфиродинамическую, вихревую природу.
  • Магнитное поле катушки является тороидальными или кольцевыми потоками эфира.
  • Движение эфира замкнуто само на себя, однако распространяется в перпендикулярном направлении со скоростью света.
  • Отношение перпендикулярных скоростей ( скорости эфира в потоке к скорости распространения) даёт значение индукции магнитного поля:

Вихревая модель [1]

Тор как минимальный элемент электромагнитного поля

Электрическое и магнитное поля всегда взаимосвязаны, но не в каждом случае проявляют себя при измерениях приборами, где-то они в сумме дают ноль. Всё обусловлено законами сохранения энергии и движения. Считается, что линии электрического поля имеют начало и конец, а магнитного поля – замкнуты. Однако, если рассматривать поле как поток эфира (поток чего-то, что несёт с собой энергию и не переносит атомов вещества), то в случае электрического поля в начале потока происходило бы самопроизвольное уменьшение количества эфира (энергии), а на его конце – накопление, что пока не наблюдалось на практике. Значит, у электрических линий есть два потока эфира: из начала в конец и от конца – к началу. Удалось найти соответствующую иллюстрацию (рис. 15) такого процесса в газе [11, c. 22], аналогичную вихрю в трубе Ранка [12] (два вихря, вложенные один в другой).

Ниже приведены опыты в бассейне: тарелкой, как веслом, зачерпнули воду, от этого образовался вихрьполубублик [13]. В две образовавшиеся на поверхности воды воронки вылили красители: красный и синий. Стало видно, что вихрь не просто крутится, но и одновременно выворачивается наизнанку, как чулок (рис. 16). Любопытен тот факт, что причиной образования вихря стала вязкость воды. Она же послужит причиной его затухания и распада.

Наибольшую устойчивость и длительность жизни будет иметь короткий вихрь, в котором вся энергия сосредоточена в малом объёме. В этом случае меньше энергии будет тратиться на преодоление трения стенок вихря о среду. Самая удачная геометрическая фигура для такого вихря – это тор. Например, сплющим тело смерча до высоты, равной его диаметру (рис. 17) или уменьшим длину вихрей в воде, сжав их по углу от 180 градусов до 5-10 градусов (рис. 18). Вращательное движение в смерче нарисовано предположительно, а для водяных вихрей, благодаря наличию видео, указано реальное направление. (В северном полушарии вращение воздуха в смерчах происходит, как правило, против хода часовой стрелки, в южном – по ходу стрелки, но бывают исключения).

В стабилизировавшемся вихре, особенно на его концах, происходит перераспределение скоростей движения всего потока так, что суммарная кинетическая энергия остаётся постоянной. Назовём скорости как в первоисточнике: тороидальная (поступательная) и кольцевая (вращательная) [1, с. 109]. Разложение общей скорости потока в тороиде на две взаимно перпендикулярные составляющие показано на рисунке 19. Согласно теории В. А. Ацюковского, «электрический заряд есть циркуляция плотности потока кольцевой скорости эфира по всей поверхности частицы» [14, с. 40], а «поскольку ориентация частиц определяется тороидальным движением, то магнитный момент частиц отождествляется с тороидальным движением эфира на её поверхности» [14, с. 55]. В этом утверждении имеется неточность: переставлены названия полей местами, но идея взаимного превращения электрического и магнитного полей справедлива.

Дело в том, что нас учили так: «магнитное поле взаимодействует только с магнитным полем, а электрическое – с электрическим». Однако, ознакомившись с теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ), узнаем, что невозможно придумать что-то принципиально новое, если мыслить привычными категориями, не отказаться от общепринятых мнений и суждений. Психологическая инерция заставляет нас думать шаблонно, и это часто заводит размышления в тупик. Глядя на силовые линии магнита, очень хочется отнести магнитное поле к тороидальному движению эфира. Однако не стоит забывать, что магнит – это система частиц, и его магнитное поле – это проявление взаимодействия многих частиц (рис. 20). Система – это совокупность упорядоченно взаимодействующих элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов (пример: система «самолёт» может летать, а каждая её отдельная часть сама по себе летать не может.). Иначе, какой смысл организовывать взаимодействие нескольких предметов с целью получения нового свойства или качества, если оно уже есть у одного из имеющихся предметов? Поэтому неверно приписывать «системное свойство» её отдельным частям. Далее будет показано, почему магнитные линии относятся к кольцевому движению.

Тело постоянного магнита состоит из атомов и элементарных частиц, которые обладают зарядом и магнитным моментом. Значит, искать источник магнитного поля надо в строении электронов и протонов. В модели Ацюковского протон похож на луковицу (рис. 21), т. к. эфирный тороид немного деформируется из-за высокой скорости течения эфира в его центральном отверстии.

Я считаю, что такая модель недостаточно конкретизирована, поскольку не поясняется, почему и сколько витков должно быть по каждому направлению. А это важно для распределения энергий. В предлагаемой альтернативной модели каждый элемент эфира (амер) делает два оборота: один раз по малой окружности тороида, проходя через центральное отверстие, второй раз движется в перпендикулярной плоскости – по большой окружности, вокруг отверстия, затем траектория движения повторяется. Это отвечает принципу наименьшего действия. Такой путь будет кратчайшим, что соответствует минимальной энергии вращающейся частицы. В предлагаемой модели протона (и электрона) нет деформации из-за высокой скорости течения эфира в отверстии, сохраняется симметрия формы и бублик остаётся бубликом, или, скорее, круглой бусинкой (например, шаровая молния – это тор, но сжатый внешним давлением эфира почти до формы шара).

При своём движении амеры должны «заметать» всю поверхность тора. Для этого, как уже говорилось, им необходимо сделать один оборот в плоскости тора и ещё один оборот в перпендикулярной ей плоскости. Выполним моделирование на бумажной ленте (рис. 22). Пусть средняя линия полоски бумаги – это траектория движения амера. Закручиваем один конец ленты на 360 градусов – это будет эквивалентом движения частицы при её прохождении сквозь отверстие (тороидальная составляющая). Соединим концы перекрученной полоски, образовав кольцо (рис. 22, а), – это будет эквивалентно кружению частицы вокруг отверстия (кольцевая составляющая). Вращение идёт попеременно то по большому, то по малому радиусу (рис. 22, в). Взяв множество таких тонких бумажных ленточек и склеив из них более-менее круглый бублик, мы получим модель электромагнитного тора. Частицы эфира будут двигаться в нём, вращаясь и заворачиваясь, не сталкиваясь друг с другом.

Полученную траекторию движения можно представить в виде ниточки, приклеенной вдоль ленты Мёбиуса (рис. 23), которая сделает два витка и не пересечётся сама с собой. При этом, проходя первый виток, она подойдёт к своему началу, но с другой стороны бумаги, а что-бы замкнуться, ей надо сделать ещё один оборот.

Нитка образует спираль с двумя витками одинакового радиуса. Если теперь перенести спираль на тор и изменить радиусы витков (рис. 22, в), то получится модель, напоминающая улитку, строение галактики, спираль Фибоначчи (рис. 24). Стоит упомянуть, что числа Фибо-наччи проявляются в живых формах: расположение листьев и лепестков у растений, семян у подсолнуха, пластинок у сосновых шишек. Гармония тела и лица человека заключается в пропорции золотого сечения.

На основе проведённого моделирования предлагаются улучшенные модели протона и электрона в виде вихревых эфирных тороидов (рис. 25). Магнитное поле у тороида отличается от электрического поля только направлением вектора скорости движения эфира. Математически эти два поля есть проекции общей скорости ? закрученного потока на взаимно перпендикулярные направления В (?x) и Е (?y). Максвелл отдавал предпочтение трактованию магнитного поля как вращательного движения в связи с тем, что Фарадей обнаружил свойство магнитного поля поворачивать плоскость поляризации света в некоторых кристаллах [15, с. 17]. Поэтому в описываемой здесь модели кольцевое вращение отождествляется с магнитным полем, а заворачивающееся внутрь, тороидальное, – с электрическим.

Итак, подытожим. Нет большой разницы между магнитным и электрическим полями – и то и другое представляет собой общий поток эфира, который, будучи разложен на поступательную и вращательную составляющие, может рассматриваться как два поля разной «структуры». Понятие «линия поля» используется только для наглядного способа отображения направлений потоков эфира [16, с. 511]. Никакой внутренней структуры эти воображаемые линии не имеют [16, с. 542]. Сложив вместе две компоненты поля, мы получим электромагнитный тор – это будет «элементарная частица» электромагнитного поля. Пока не известно, существует ли минимальный размер для такой частицы, но ясно одно – нельзя сделать, чтобы одно поле существовало без другого, можно только скомпенсировать действие одного из полей. Например, на поверхности заряженной проводящей сферы это будет подобие множества фонтанов эфира. Магнитное поле сферы стелется по её поверхности и не обнаруживается компасом. Аналогично с магнитом: эфирные потоки снаружи будут течь в одном направлении, взаимодействуя с магнитной стрелкой, а электрическое поле не будет выходить за пределы магнита.

Магнитное поле проводника с постоянным током

В электротехнике электромагнитные поля создаются электронами. Если рассмотреть отдельную частицу, то околоэлектронный эфир из-за наличия вязкости будет увлекаться в движение вращающейся поверхностью частицы, и около электрона создастся вихревая трубка эфира (условно её можно сравнить с цилиндром). Исследованием силовых трубок эфира занимался Фарадей [22]. В образовавшейся вихревой трубке потоки эфира перемещаются по кольцам в плоскости, перпендикулярной оси трубки (кружатся по кругу), и перемещаются возвратно-поступательно параллельно оси цилиндра. Это можно представить, как две пружинки, вставленные одна в другую, только намотанные в разных направлениях (так расположены швейные нитки в соседних слоях катушки). В направлении, в котором электрон «выдувает» эфир из своего отверстия, длина трубки больше. По

другую сторону от электрона вихрь значительно короче (рис. 26).

Когда электроны равномерно распределены по объёму проводника и хаотично ориенти-рованы, то магнитное поле не будет обнаруживаться. Стрелка компаса слишком велика для таких измерений: магнитные линии множества электронов будут толкать её то вправо, то влево, в сумме давая ноль. Но если в цепи есть электрический ток, вызванный разностью потенциалов на концах проводника, то электроны в проводнике будут развернуты по линиям электрического поля (как баранки на верёвочке, рис. 27). Часть потоков эфира скомпенсируется (красные линии), а часть наоборот – просуммируется в своём воздействии на компас (синие линии). Электроны начнут двигаться к «плюсу» источника питания за счёт того, что они развернулись по электрическому полю (поляризовались), и их вращение теперь направлено преимущественно в одну сторону. «Преимущественно», потому что поляризация не полная – она «сбивается» при столкновении с другими частицами.

Опыт Эрстеда [17] показал, что линии магнитного поля около проводника располагаются перпендикулярно направлению протекания тока. «Косых составляющих» потока эфира от комбинации электрического и магнитного поля [14, с. 129] около проводника нет.

Магнитное поле протонов и электронов

Пришло время поговорить о том, в какую сторону крутится электрон, а в какую – протон. Как узнать, куда направлен их магнитный момент? На рисунке 28 изображена икс-частица, у которой известно только тороидальное вращение. Как будет показано позже, она выстроится в магнитном поле так, чтобы эфир, выдуваемый ею из отверстия, был антинаправлен потокам внешнего магнитного поля. Это устойчивое положение, обусловленное минимальным давлением на периферии частицы. Зная по опытам, куда отклонится положительно или отрицательно заряженная частица в магнитном поле, мы можем нарисовать направление скорости кольцевого вращения υк.

Что заставило частицу отклониться от первоначального направления движения? Сила Лоренца, а если рассмотреть поближе, то механизм воздействия описывается силой Магнуса, действующей со стороны газоподобного эфира на вращающуюся частицу. У нас частица влетает в магнитное поле по инерции – важный момент! Если она летит по инерции, то эфир будет тормозить её, оказывать сопротивление. А если разгоняющее поле всё ещё действует, то его поток будет, наоборот, способствовать движению, и сила Лоренца в этом случае окажется направленной в другую сторону. На летящую по инерции частицу среда окажет тормозящее действие в виде набегающего встречного потока, скорость которого обозначена υ. Скорости движения среды относительно частицы υ и вращения эфира в частице υк не будут в точности складываться так, как изображено на рисунке 29, но качественно картина будет именно такой. Уменьшение скорости в газе (эфире) эквивалентно повышению давления. Тороид начнёт перемещаться под действием возросшего давления среды в сторону пониженного давления.

Стоит подробнее рассмотреть эффект Магнуса, так как в книге по эфиродинамике в этом месте есть неточность [2, с. 71]. Цилиндр вращается на месте, сам не движется, а набегающий на него воздух создаёт силу Магнуса (рис. 30). Сверху поток однозначно тормозит вращение цилиндра, в одном из слоёв будет нулевая скорость – там давление максимально. Снизу, в зависимости от отношения скоростей υпотока и υк , набегающий поток или слабее тормозит вращение цилиндра или даже способствует раскручиванию. Но, в любом случае, в данной ситуации итоговая скорость нижнего потока будет больше и давление там понизится. Эскиз графика давлений около вращающегося цилиндра будет выглядеть так, как показано на рисунке 30. В зависимости от соотношения скоростей вращения цилиндра и скорости потока графики будут немного разные, но знак разницы давлений ΔР сверху и снизу от цилиндра от этого не изменится и сила будет направлена в одну и ту же сторону.

Постоянные магниты

Поле постоянного магнита создаётся потоком электронов, каждый из которых вносит свой маленький вклад в общее поле. Если, образно говоря, потянуть за длинный лепесток траекторию, по которой движутся амеры около электрона, то можно вытянуть её наружу. Тогда получится её сфотографировать – возле магнита будет «цветок», как на рисунке 51 [11, с. 9] (фотография получена с использованием магнитооптического эффекта Керра [22, с. 17]).

Природу постоянных магнитов можно представить через вихрь эфира (силовую трубку электрического поля), который порождает поляризацию электронов, и явление, аналогичное протеканию тока в сверхпроводнике. После снятия с металлической заготовки внешнего магнитного поля поляризованные электроны некоторое время остаются на своих местах. Их электрические потоки объединяются и формируют множество больших вихревых трубок, точно так же, как в электрической цепи. Логично предположить, что электроны перемещаются внутри них в сверхпроводящем режиме, иначе только что изготовленный магнит разогрелся бы от выделения джоулева тепла, которое обычно сопровождает постоянный электрический ток. Вероятно, тот факт, что эфирные трубки замыкаются внутри магнита, позволяет им совместно с электронами сформировать электромагнитное поле, подобное полю атомов. Оно создаёт сопротивление колеблющимся атомам кристаллической решётки и не позволяет им пересекать и разрушать эфиропроводы. Как именно расположены вихревые трубки в магните, сложно сказать наверняка, поскольку это зависит от технологии изготовления. Но, предположительно, они располагаются концентрическими окружностями, повторяя собой воображаемые линии магнитного поля, которые стали причиной появления такого расположения электронов (рис. 52). Силовые трубки, идущие по поверхности магнита (как при протекании постоянного тока по проводнику), скорее всего, отсутствуют. Лишившись подпитки энергией, из многих вихрей вскоре остаются только те, которые нашли себе место между атомами, где сопротивление их эфирным потокам минимально.

Если где-то нарушается симметрия поля магнита, значит какая-то из эфирных трубок замкнулась сама на себя раньше времени. Тогда образуется локальный магнитный полюс и неравномерность поля может быть зафиксирована магнитными датчиками (проще всего – железными опилками). По причине наличия у электронов массы и, следовательно, инерции, не стоит сильно ударять по магниту – это приведёт к смещению электронов, вылету их за пределы эфирных трубок, к частичному размагничиванию (уничтожению эфиропроводов)

и локальному нагреву магнита. То же самое будет происходить с нагревом магнита: при больших тепловых скоростях будет множество соударений электронов с атомами и разрушение эфирных вихрей, которые удерживали и поддерживали потоки электронов. Также возможно пережимание и разрушение вихревых трубок, если два соседних с трубкой атома при колебаниях настолько сблизились, что перекрыли вихрь своими электронными оболочками.

Не исключается наличие спиралевидной траектории движения электронов вместо круговой (рис. 53). Поскольку внешнее поле не может исчезнуть моментально, за время своего уменьшения до нуля оно может нарушить круговую симметрию. Это не нарушит симметрии внешнего поля магнита, потому что у половины электронов первого витка магнитное поле будет иметь наклон в одну сторону (по нисходящей спирали), а у второй половины (по восходящей спирали) наклон будет в противоположную сторону.

Взаимодействие двух магнитов проще рассматривать как притяжение или отталкивание двух кольцевых токов одинаковой или разной направленности. Как именно токи воздействуют друг на друга, определяется силой Ампера. Такой механизм взаимодействия магнитов представляет собой версию, альтернативную предложенной В. А. Ацюковским [14, с. 130].

Электрические и Магнитные поля. Общее представление.

Тема называется: электрические и магнитные поля. В ней будет дано общее представление об этих природных (физических) явлениях и вкратце рассказано о каждом из них. Несмотря на то, что про существование электрических и магнитных полей известно многим людям, их истинная суть остается большой загадкой для современной науки. Они скрывают в себе множество тайн и новых возможностей, применимых к новых технологиям будущего.

Философия и физика видят в основе всего существующего — материю, что проявляет себя в многообразии форм и состояний. Материя может быть локализована (сконцентрирована в пределах определённого ограниченного пространства), а может и, делокализована. В первом случае этому будет соответствовать «веществу», а во втором – это будет уже «поле». Но и там и там есть множество сходных общих характеристик.

Материя в своих свойствах и проявлениях неисчерпаема, ну а процесс её познания и открытий не имеет границ. Посему, абсолютно все понятия, когда-либо созданные человеком, прибывают в состоянии постоянного изменения, развитии и совершенствования. К примеру: нынешняя физика не ставит строгую границу между веществом и полем, в отличие от классической. В ней вещество и поле неразрывно связаны и постоянно превращаются одно в другое.

А что собой представляют поля, и какими они бывают? Как Вы должны знать из курса физики, физическим полем (как явление, а не территория) называется особый вид материи. Это места в пространстве, где наблюдаются физические, реально зафиксированные и точно измеренные силы. Современная наука выделяет 4 основных вида физического поля: поля сильных взаимодействий (ядерные), слабых взаимодействий, гравитационные и электромагнитные поля.

Если сильно не вдаваться в глубины квантовых и прочих теорий, упрощённо любые поля можно представить в виде такой наглядной и понятной модели: есть материальный объект, шар (наиболее идеальная форма в пространстве), вокруг его центра на некотором расстоянии в пространстве существует невидимая сила (энергия), которая может взаимодействовать с подобного рода силой иного объекта. Причём характер этого взаимодействия обусловлен многими факторами (вид поля, его природа, размеры систем, геометрическая форма и прочие факторы).

Можно сказать, что любой материально существующий объект (будь-то элементарная частица или же целая планета и т.д.) обладает всеми разновидностями полей одновременно. Только их проявление зависит от конкретных условий и обстоятельств. К примеру, гравитационное поле земли зависит от внутренних процессов, происходящих в глубинах земной коры. Или интенсивность магнитного поля в проводниках, будет завесить от скорости и количества заряженных частиц, что перемещаются вдоль этого проводника.

Ну, а теперь перейдём к теме: электрические и магнитные поля. Благодаря имеющимся свойствам электрических и магнитных полей, электричество проявляет себя так, как мы его привыкли понимать. Абсолютно все устройства, механизмы, системы, приборы функционируют на тех внутренних основополагающих принципах и законах, которые работают благодаря существованию электромагнитных полей (их сил взаимодействия).

Взять любой электродвигатель, у которого имеется внутренняя обмотка. По ней бежит ток и вокруг её существует в этот момент магнитное поле. Именно оно отталкивает ротор от статора, тем самым приводя электромотор в движение. Или при процессе генерации электричества, магнитное поле, проходя сквозь обмотку электрогенератора, приводит в движение электроны, тем самым создавая разность потенциалов на выводах электрогенерирующих систем.

Следует понимать, что электрическое и магнитное поле, это два совсем разных проявления природы. Первоначальными носителями полей являются элементарные частицы — электроны и ионы. Частицы обладают обоими типами полей одновременно (и магнитным и электрическим). Но, проявление интенсивности каждого из них зависит от определённых условий.

Как Вы, возможно, знаете, интенсивность электрического поля зависит, в первую очередь, от имеющегося количества разноимённых зарядов элементарных частиц. То есть, чем больше электрических зарядов одного вида на одной части, и противоположного, на другой, следовательно, тем больше будет электрическое поле между этими двумя частями (к примеру, пластины конденсатора). Расстояние между этими пластинами мы пока не берём в учёт.

Магнитное поле ведёт себя немного иначе. Оно существует при движении электрических зарядов. То есть, чем интенсивнее движение зарядов, тем больше вокруг их магнитного поля. Ну, а второстепенным фактором, конечно, будет количество движущихся заряженных частиц. При их движении в одном и том же направлении, магнитное поле увеличится за счёт суммирования. Учтите, что полной статики у заряженных частиц нет, и не может быть. Следовательно, микротоки (и магнитные поля) есть везде и повсюду.

Электрическое и магнитное поле: в чем различия

Заряженные тела способны создавать кроме электрического еще один вид поля. Если заряды движутся, то в пространстве вокруг них создается особый вид материи, называемый магнитным полем. Следовательно, электрический ток, представляющий собой упорядоченное движение зарядов, тоже создает магнитное поле. Как и электрическое поле, магнитное поле не ограничено в пространстве, распространяется очень быстро, но все же с конечной скоростью. Его можно обнаружить только по действию на движущиеся заряженные тела (и, как следствие, токи).

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности E электрического поля. Такой характеристикой является вектор B магнитной индукции. В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принят 1 Тесла (Тл). Если в магнитное поле с индукцией B поместить проводник длиной l с током I, то на него будет действовать сила, называемая силой Ампера, которая вычисляется по формуле:

где: В – индукция магнитного поля, I – сила тока в проводнике, l – его длина. Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику.

Для определения направления силы Ампера обычно используют правило «Левой руки»: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на проводник (см. рисунок).

Если угол α между направлениями вектора магнитной индукции и тока в проводнике отличен от 90°, то для определения направления силы Ампера надо взять составляющую магнитного поля, которая перпендикулярна направлению тока. Решать задачи этой темы нужно так же как и в динамике или статике, т.е. расписав силы по осям координат или складывая силы по правилам сложения векторов.

Момент сил, действующих на рамку с током

Пусть рамка с током находится в магнитном поле, причём плоскость рамки перпендикулярна полю. Силы Ампера будут сжимать рамку, а их равнодействующая будет равна нулю. Если поменять направление тока, то силы Ампера поменяют своё направление, и рамка будет не сжиматься, а растягиваться. Если линии магнитной индукции лежат в плоскости рамки, то возникает вращательный момент сил Ампера. Вращательный момент сил Ампера равен:

где: S — площадь рамки, α — угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции (нормаль — вектор, перпендикулярный плоскости рамки), N – количество витков, B – индукция магнитного поля, I – сила тока в рамке.

Сила Лоренца

Сила Ампера, действующая на отрезок проводника длиной Δl с силой тока I, находящийся в магнитном поле B может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда. Эти силы называют силами Лоренца. Сила Лоренца, действующая на частицу с зарядом q в магнитном поле B, двигающуюся со скоростью v, вычисляется по следующей формуле:

Угол α в этом выражении равен углу между скоростью и вектором магнитной индукции. Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки или по правилу буравчика (как и сила Ампера). Вектор магнитной индукции нужно мысленно воткнуть в ладонь левой руки, четыре сомкнутых пальца направить по скорости движения заряженной частицы, а отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца. Если частица имеет отрицательный заряд, то направление силы Лоренца, найденное по правилу левой руки, надо будет заменить на противоположное.

Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам скорости и индукции магнитного поля. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется. Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость лежит в плоскости, перпендикулярной вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по окружности, радиус которой можно вычислить по следующей формуле:

Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы. Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен:

Последнее выражение показывает, что для заряженных частиц заданной массы m период обращения (а значит и частота, и угловая скорость) не зависит от скорости (следовательно, и от кинетической энергии) и радиуса траектории R.

Теория о магнитном поле

Магнитное взаимодействие токов

Если по двум параллельным проводам идёт ток в одном направлении, то они притягиваются; если в противоположных направлениях, то отталкиваются. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером. Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот. Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I1 и I2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

где: μ – постоянная величина, которую называют магнитной постоянной. Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул. Ее численное значение равно:

Сравнивая приведенное только что выражение для силы взаимодействия двух проводников с током и выражение для силы Ампера нетрудно получить выражение для индукции магнитного поля создаваемого каждым из прямолинейных проводников с током на расстоянии R от него:

где: μ – магнитная проницаемость вещества (об этом чуть ниже). Если ток протекает по круговому витку, то в центре витка индукция магнитного поля определяется по формуле:

Силовыми линиями магнитного поля называют линии, по касательным к которым располагаются магнитные стрелки. Магнитной стрелкой называют длинный и тонкий магнит, его полюса точечны. Подвешенная на нити магнитная стрелка всегда поворачивается в одну сторону. При этом один её конец направлен в сторону севера, второй — на юг. Отсюда название полюсов: северный (N) и южный (S). Магниты всегда имеют два полюса: северный (обозначается синим цветом или буквой N) и южный (красным цветом или буквой S). Магниты взаимодействуют так же, как и заряды: одноименные полюса отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Невозможно получить магнит с одним полюсом. Даже если магнит разломать, то у каждой части будет по два разных полюса.

Вектор магнитной индукции

Вектор магнитной индукции — векторная физическая величина, являющаяся характеристикой магнитного поля, численно равная силе, действующей на элемент тока в 1 А и длиной 1 м, если направление силовой линии перпендикулярно проводнику. Обозначается В, единица измерения — 1 Тесла. 1 Тл — очень большая величина, поэтому в реальных магнитных полях магнитную индукцию измеряют в мТл.

Вектор магнитной индукции направлен по касательной к силовым линиям, т.е. совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки, помещённой в данное магнитное поле. Направление вектора магнитной индукции не совпадает с направлением силы, действующей на проводник, поэтому силовые линии магнитного поля, строго говоря, силовыми не являются.

Силовая линия магнитного поля постоянных магнитов направлена по отношению к самим магнитам так, как показано на рисунке:

В случае магнитного поля электрического тока для определения направления силовых линий используют правило «Правой руки»: если взять проводник в правую руку так, чтобы большой палец был направлен по току, то четыре пальца, обхватывающие проводник, показывают направление силовых линий вокруг проводника:

В случае прямого тока линии магнитной индукции — окружности, плоскости которых перпендикулярны току. Вектора магнитной индукции направлены по касательной к окружности.

Соленоид — намотанный на цилиндрическую поверхность проводник, по которому течёт электрический ток I. Магнитное поле соленоида подобно полю прямого постоянного магнита. Внутри соленоида длиной l и количеством витков N создается однородное магнитное поле с индукцией (его направление также определяется правилом правой руки):

Линии магнитного поля имеют вид замкнутых линий — это общее свойство всех магнитных линий. Такое поле называют вихревым. В случае постоянных магнитов линии не оканчиваются на поверхности, а проникают внутрь магнита и замыкаются внутри. Это различие электрического и магнитного полей объясняется тем, что, в отличие от электрических, магнитных зарядов не существует.

Магнитные свойства вещества

Все вещества обладают магнитными свойствами. Магнитные свойства вещества характеризуются относительной магнитной проницаемостью μ, для которой верно следующее:

Данная формула выражает соответствие вектора магнитной индукции поля в вакууме и в данной среде. В отличие от электрического, при магнитном взаимодействии в среде можно наблюдать и усиление, и ослабление взаимодействия по сравнению с вакуумом, у которого магнитная проницаемость μ = 1. У диамагнетиков магнитная проницаемость μ немного меньше единицы. Примеры: вода, азот, серебро, медь, золото. Эти вещества несколько ослабляют магнитное поле. Парамагнетики — кислород, платина, магний — несколько усиливают поле, имея μ немного больше единицы. У ферромагнетиков — железо, никель, кобальт — μ >> 1. Например, у железа μ ≈ 25000.

Магнитный поток. Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М.Фарадеем в 1831 году. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур. Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину:

где: B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором магнитной индукции B и нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура, S – площадь контура, N – количество витком в контуре. Единица магнитного потока в системе СИ называется Вебером (Вб).

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции εинд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум возможным причинам.

  1. Магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле. Возникновение ЭДС индукции объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.
  2. Вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур, – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре.

При решении задач важно сразу определить за счет чего меняется магнитный поток. Возможно три варианта:

  1. Меняется магнитное поле.
  2. Меняется площадь контура.
  3. Меняется ориентация рамки относительно поля.

При этом при решении задач обычно считают ЭДС по модулю. Обратим внимание также внимание на один частный случай, в котором происходит явление электромагнитной индукции. Итак, максимальное значение ЭДС индукции в контуре состоящем из N витков, площадью S, вращающемся с угловой скоростью ω в магнитном поле с индукцией В:

Движение проводника в магнитном поле

При движении проводника длиной l в магнитном поле B со скоростью v на его концах возникает разность потенциалов, вызванная действием силы Лоренца на свободные электроны в проводнике. Эту разность потенциалов (строго говоря, ЭДС) находят по формуле:

где: α — угол, который измеряется между направлением скорости и вектора магнитной индукции. В неподвижных частях контура ЭДС не возникает.

Если стержень длиной L вращается в магнитном поле В вокруг одного из своих концов с угловой скоростью ω, то на его концах возникнет разность потенциалов (ЭДС), которую можно рассчитать по формуле:

Индуктивность. Самоиндукция. Энергия магнитного поля

Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре. Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре. Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока I:

Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки. Единица индуктивности в СИ называется Генри (Гн).

Запомните: индуктивность контура не зависит ни от магнитного потока, ни от силы тока в нем, а определяется только формой и размерами контура, а также свойствами окружающей среды. Поэтому при изменении силы тока в контуре индуктивность остается неизменной. Индуктивность катушки можно рассчитать по формуле:

где: n — концентрация витков на единицу длины катушки:

ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке с постоянным значением индуктивности, согласно формуле Фарадея равна:

Итак ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней.

Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии. Энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, может быть рассчитана по одной из формул (они следуют друг из друга с учётом формулы Φ = LI):

Соотнеся формулу для энергии магнитного поля катушки с её геометрическими размерами можно получить формулу для объемной плотности энергии магнитного поля (или энергии единицы объёма):

Правило Ленца

Инерция – явление, происходящее и в механике (при разгоне автомобиля мы отклоняемся назад, противодействуя увеличению скорости, а при торможении отклоняемся вперёд, противодействуя уменьшению скорости), и в молекулярной физике (при нагревании жидкости увеличивается скорость испарения, самые быстрые молекулы покидают жидкость, уменьшая скорость нагревания) и так далее. В электромагнетизме инерция проявляется в противодействии изменению магнитного потока, пронизывающего контур. Если магнитный поток нарастает, то возникающий в контуре индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать нарастанию магнитного потока, а если магнитный поток убывает, то возникающий в контуре индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать убыванию магнитного потока.

Правило Ленца для определения направления индукционного тока: возникающий в контуре индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызывало этот ток.

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

  1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
  2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике. На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
  3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на почту. Написать об ошибке можно также в социальной сети (адрес электронной почты и ссылки в социальных сетях здесь). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

ЗАПРЕЩЕНО использование представленных на сайте материалов или их частей в любых коммерческих целях, а также их распространение, перепечатка или воспроизведение в любой форме. Нарушение прав правообладателей преследуется по закону.

Магнитное поле. Электромагнитная индукция

Магнитное поле — форма материи, посредством которой осуществляется связь и взаимодействие между движущимися электрическими зарядами в вакууме и веществе.

Любой движущийся электрический заряд создает вокруг себя магнитное поле. Механизм магнитных явлений объясняется взаимодействием движущихся электрических зарядов.

Основные свойства магнитного поля:

  • а) магнитное поле создается электрическими зарядами (движущимся зарядами), намагниченными телами (магнитами) и переменным во времени электрическим полем;
  • б) магнитное поле непрерывно в пространстве и действует только на движущиеся электрические заряды (в отличие от электрического поля). Оно также действует на покоящиеся и движущиеся намагниченные тела;
  • в) разноименные полюсы магнитов притягиваются, одноименные — отталкиваются. Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция В.

Магнитная индукция — векторная величина, модуль которой определяется отношением максимального значения силы Fmax, действующей со стороны магнитного поля на прямой проводник с током, к силе этого тока I в проводнике и его длине I:

Единица магнитной индукции: тесла; 1 Тл = 1 Н/(А-м).

Для определения направления вектора магнитной индукции используется ориентирующее действие магнитного поля на малую рамку (контур) с током. За направление действия магнитной индукции В в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль п к свободно подвешенной рамке с током (замкнутый плоский контур с током), или направление, совпадающее с направлением, указываемым северным полюсом магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля (рис. 4.26). Положительное направление нормали п к контуру с током определяется правилом буравчика (или правого винта): положительная нормаль направлена в сторону, куда перемещался бы буравчик с правой резьбой, если рукоятку вращать по направлению тока в контуре (рамке).

Принцип суперпозиции магнитных полей: магнитная индукция В результирующего поля равна векторной сумме магнитных индукций Въ В2. В„ складываемых полей, образованных в этой точке каждым полем в отдельности:

где п — число токов, создающих поля.

В частном случае наложения двух магнитных полей, создаваемых двумя проводниками с токами Д и 12, которые текут в одном направлении и направлены перпендикулярно от нас, результирующий вектор В в точке А равен В = Вг + В2, а модуль

магнитной индукции B = + В| -г 2В, В2 cos а, где а — угол

между векторами В] и В2 (рис. 4.27).

Для графического изображения магнитных полей используется представление о линиях магнитной индукции.

Линии магнитной индукции (силовые линии магнитного поля) — воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции В в этих точках.

Линии магнитной индукции всегда замкнуты, либо идут из бесконечности. Замкнутость линий означает, что в природе отсутствуют свободные магнитные заряды.

Линии магнитной индукции прочерчивают с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним, было равно (или пропорционально) величине модуля вектора индукции магнитного поля в данном месте. Поля с замкнутыми силовыми линиями называются вихревыми полями. Заметим, что линии напряженности электростатического поля являются разомкнутыми.

Направление вектора магнитной индукции поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током, определяется правилом буравчика (правилом правого винта): если поступательного движение буравчика с правой резьбой совпадает с направлением тока в проводнике, то направление движения конца рукоятки буравчика укажет направление вектора магнитной индукции (рис. 4.28).

Еще одно правило (правило правой руки) для определения направления вектора магнитной индукции бесконечно длинного прямого проводника с током: мысленно пальцами правой руки обхватить проводник с током так, чтобы большой палец указывал направление тока. Тогда полусогнутые пальцы укажут направление вектора магнитной индукции В.

Магнитная индукция поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током:

где |д — магнитная постоянная; р — магнитная проницаемость среды; г — расстояние от оси проводника.

Направление вектора магнитной индукции, создаваемого проводником в форме кругового витка с током (рис. 4.29), определяют по правилу правой руки или по правилу буравчика: если направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением тока в витке, то направление его поступательного движения укажет направление индукции магнитного поля.

Магнитная индукция поля в центре кругового витка с радиусом г, по которому протекает ток I:

На рис. 4.30 и 4.31 приведены, соответственно, линии магнитной индукции поля соленоида и поля полосового (постоянного) магнита.


Индукция магнитного поля в центре соленоида (вдали от краев соленоида) равна:

где N — число витков; I — длина соленоида; п = N/1 — число витков на единицу длины соленоида; I — сила тока в одном витке.

Взаимодействие параллельных проводников

Сила Ампера — сила, действующая на прямолинейный проводник с током, помещенный в магнитное поле.

Закон Ампера: модуль силы Ампера равен произведению силы тока I, протекающего в проводнике, на модуль вектора магнитной индукции В, на длину проводника I и на синус угла а между вектором В и проводником с током:

или в векторной форме

Вектор силы Ампера перпендикулярен плоскости, в которой лежит вектор магнитной индукции В и проводник с током.

Модуль силы Ампера FA зависит от составляющей вектора В, перпендикулярной проводнику: В L = Bsina (рис. 4.32, а). Тогда выражение для силы Ампера примет вид:

Направление силы Ампера подчиняется правилу правого буравчика: при вращении рукоятки буравчика от направления

тока к вектору В по наименьшему углу поступательное движение буравчика происходит в направлении силы РА.

Направление силы Ампера можно определить и по правилу левой руки (рис. 4.32, б): если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входила перпендикулярная к проводнику составляющая В | вектора индукции В, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера.

Между двумя параллельными прямолинейными проводниками возникает сила взаимодействия: проводники притягиваются друг к другу, если по ним протекают токи и 12 одного направления (рис. 4.33, а), с токами разного направления — отталкиваются (рис. 4.33, б).

Сила взаимодействия двух параллельных проводников

с токами 1Х и /2, расположенных на расстоянии d друг от друга, рассчитанная на отрезок проводника длиною I, выражается формулой (рис. 4.33)

Магнитное поле и его свойства

Магнитное поле это материя, которая возникает вокруг источников электрического тока, а также вокруг постоянных магнитов. В пространстве магнитное поле отображается как совокупление сил, которые способны оказать воздействие на намагниченные тела. Это действие объясняется наличием движущих разрядов на молекулярном уровне.

Магнитное поле формируется только вокруг электрических зарядов, которые находятся в движении. Именно поэтому магнитное и электрическое поле являются, неотъемлемыми и вместе формируют электромагнитное поле. Компоненты магнитного поля взаимосвязаны и воздействуют друг на друга, изменяя свои свойства.

Свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.
2. В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция, которая является силовой характеристикой магнитного поля.
3. Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.
4. Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа
5. Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.
6. Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.
7. Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.

Размер магнитного поля зависит от скорости изменения магнитного поля. Соответственно этому признаку существуют два вида магнитного поля: динамичное магнитное поле и гравитационное магнитное поле. Гравитационное магнитное поле возникает только вблизи элементарных частиц и формируется в зависимости от особенностей строения этих частиц.

Магнитный момент
возникает в том случае, когда магнитное поле воздействует на токопроводящую раму. Другими словами, магнитный момент это вектор, который расположен на ту линию, которая идет перпендикулярно раме.

Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных силовых линий. Эти линии проводятся в таком направлении, так чтобы направление сил поля совпало с направлением самой силовой линии. Магнитные силовые линии являются непрерывными и замкнутыми одновременно.

Направление магнитного поля определяется с помощью магнитной стрелки. Силовые линии определяют также полярность магнита, конец с выходом силовых линий это северный полюс, а конец, с входом этих линий, это южный полюс.

Очень удобно наглядно оценить магнитное поле с помощью обычных железных опилок и листка бумаги.
Если мы на постоянный магнит положим лист бумаги, а сверху насыпим опилок, то частички железа выстроятся соответственно силовым линиям магнитного поля.

Направление силовых линий для проводника удобно определять по знаменитому правилу буравчика или правилу правой руки. Если мы обхватим проводник рукой так, чтобы большой палец смотрел по направлению тока(от плюса к минусу), то 4 оставшиеся пальцы покажут нам направление силовых линий магнитного поля.

А направление силы Лоренца — силы, с которой действует магнитное поле на заряженную частицу или проводник с током, по правилу левой руки.
Если мы расположим левую руку в магнитном поле так, что 4 пальца смотрели по направлению тока в проводнике , а силовые линии входили в ладонь, то большой палец укажет направление силы Лоренца, силы действующей на проводник помещенный в магнитное поле.

На этом собственно всё. Появившиеся вопросы обязательно задавайте в комментариях.

Заметка: учите инглиш? — рейтинг школ английского языка (http://www.schoolrate.ru/) будет вам полезен при выборе.

Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:

Центр изучения
влияния технологий
на здоровье и экологию

Автор: green.obob.tv 16.04.2020 3130 0

Многие, наверное, знают о том, что вокруг линии электропередач происходит ионизация воздуха с образованием озона во вредной концентрации и окислов азота. Про особенности воздуха под высоковольтными линиями нам напоминает его специфический привкус. Однако о том, что ЛЭП является также источником электросмога нам не напоминает ничего. В то же время, исследование показывают, что жизнь рядом ЛЭП может приводить к печальным последствиям, не только из-за токсических газов, но и из за воздействия магнитного поля ЛЭП.

Основы электротехники

Так как затронутая тема может быть интересна и людям без технического образования, то начнем материал с ликбеза. Напомним, что линии электропередач характеризуются тремя параметрами — током, напряжением и частотой.

Ток измеряется в амперах и характеризует количество электричества, протекающее через провод. Наши домашние провода обычно рассчитаны на максимальный ток 10-16 А. Что же касается высоковольтных проводов, то они могут быть рассчитаны на токи до 2500 А.

Напряжение измеряется в вольтах. Оно характеризует потенциал источника. Если провести аналогию с водоснабжением, то напряжение аналогично давлению воды на заглушку крана, а ток — аналогичен количеству воды при открытой заглушке. Домашняя сеть переменного тока, как известно, имеет напряжение 220-230 В. Что же касается длинных магистралей, то они работают на более высоких напряжениях. Это позволяет передавать требуемое количество электроэнергии с меньшей силой тока, и, как следствие, снизить потери передаваемой энергии в проводах. Поэтому чем длиннее линия, тем под более высоким напряжением она работает. И поэтому неудивительно, что самая высоковольтная линия электропередачи (ЛЭП) была построена именно в Советском Союзе. Это ЛЭП Итат — Барнаул — Экибастуз — Кокшетау — Костанай — Челябинск общей протяженностью 2350 км с проектным напряжением 1150 кВ. Правда, после распада СССР в эксплуатации осталась только часть российского участка ЛЭП, который сейчас работает под напряжением 500 кВ.

Частота тока характеризует продолжительность времени, за который переменный ток проходит один колебательный цикл — то есть, изменения амплитуды и направления движения.

Для сетей постоянного тока эта характеристика неактуальна. Но по линиям электропередач в подавляющем большинстве случаев передают переменный ток промышленной частоты — 50 Гц., благо такой ток значительно легче преобразовывать по напряжению. Для этого предназначены всем нам известные трансформаторные станции.

Как формируются поля

Электрическое поле существует везде, где есть электрические заряженные тела, например оно появляется при включении устройства в розетку, даже если само устройство выключено. А когда устройство включается появляется контур, по которому идет ток, и к электрическому полю добавляется магнитное. Такие же контуры представляют собой и ЛЭП. Так как они работают на частоте 50 Гц, то формируемые ими поля, электрическое и магнитное, также меняются с частотой 50 Гц. По своим свойствам эти поля отчасти схожи, в частности, оба они быстро ослабевают с увеличением расстояния от источника. Но на экранирование они реагируют очень по-разному: электрические поля экранируются достаточно просто, в то время как магнитные поля проникают практически через любые материалы — их экранирование возможно только с помощью специальных металлических сплавов и толстой алюминиевой фольги, и то лишь частичное.

Три фазы переменного тока

Три фазы переменного тока.

В сетях переменного тока промышленной частоты используется трехфазный ток. То есть контур создается тремя проводниками, пропускающими ток в трех разных фазах

В каждом из проводников ток сдвинут на одну треть периода частоты. Подключить три проводника к трем фазам источника (R,S и T ) можно шестью разными способами. Если поблизости нет другого такого же контура, то все 6 комбинаций будут генерировать магнитное поле одинаковой мощности. Однако если два таких контура окажутся поблизости друг от друга, то их магнитные поля могут взаимно усиливаться или ослабляться. Результат зависит от сочетания выбранных вариантов подключения проводников в каждом из контуров. Учитывая что магнитное поле почти не экранируется, оптимальный подбор фаз является самым эффективным способом его уменьшения. Для оптимизации используются специальные моделирующие программы, учитывающие характеристики ЛЭП.

Магнитное поле воздушных ЛЭП

Интенсивность магнитного поля линий электропередач измеряется с микротеслах (мкТ). Чем более высоковольтные линии, тем на большие объемы передаваемой энергии они рассчитаны и тем более сильное магнитное поле они генерируют при расчетной нагрузке. Надо учитывать, что фактическая загрузка ЛЭП зависит от уровня промышленного и бытового потребления тока в текущий момент и сильно колеблется в зависимости от времени суток, времени года и дня недели. Часто она сильно ниже расчетной. Вместе с передаваемой мощностью колеблется и уровень магнитного поля, поэтому его разовое измерение мало информативно.

Электрическое поле воздушных ЛЭП

В отличие от тока, напряжение в ЛЭП, формирующее электрическое поле, остается практически постоянным, его величина измеряется в единицах В/м. Его уровень зависит от уровня напряжения, которое в ЛЭП постоянно.

Под линией 380 КВ при стандартной высоте опор уровень электрического поля составляет до 5 КВ/м., под линией 220 кВ — до 3кВ/м для линий 110 к В до 700 В/м и для линий 50 кВ до 400 В/м. Кроме того, электрическое поле ослабевает с расстоянием, и, в отличие от магнитного, ослабляется любыми материалами с низкой проводимостью, такими как кусты, деревья или стены зданий. Экранирования стен обычно достаточно, чтобы снизить уровень электрического поля внутри здания на 90 и более процентов.

Магнитные поля от подземных кабелей

Схематическое изображение закладки подземного кабеля.

В то время, как магистральные междугородние линии проходят по воздуху, местные распределительные линии сейчас, в основном, прокладываются под землей, по крайней мере в крупных городах.

При воздушных инсталляциях роль изолятора между проводами играет воздух, и расстояние рассчитывается таким образом, чтобы исключить электрический пробой между проводами.

Но в случае подземной прокладки проводники хорошо изолированы и могут располагаться ближе друг к другу. Один из результатов более близкого расположения — возможность лучшей взаимной компенсации магнитных полей. Это означает, что по сравнению с воздушными линиями магнитные поля от подземных линий быстрее ослабляются в боковых направлениях, хотя на участках, расположенных прямо надо проводами, магнитное поле будет такой же силы, как и от воздушных линий.

Что же касается электрического поля, то оно полностью экранируется оплеткой кабелей и землей. Технически можно было бы завести под землю и магистральные линии, но совокупная стоимость такого решения делает его нереалистичным.

Если же принять внимание слабую возможность экранирования магнитного поля, то становится ясно, что именно оно может нести основную угрозу нашему здоровью при постоянном пребывании вблизи ЛЭП, но об этом мы поговорим в следующей части.

Взаимосвязь электрического и магнитного полей

Электрическое и магнитные поля тесно связаны между собой. В природе существует электромагнитное поле — чисто электрические и чисто магнитные поля являются лишь его частными случаями. Изменяющиеся электрические и магнитные поля индуктируют друг друга.(под изменением поля надо понимать не только изменение его интенсивности, но и движение поля как целого).

Способ передачи магнитных доменов при помощи самовозбуждаемых управляемых полей. Устройство передачи магнитных доменов использует самовозбуждающее управляющее поле для перемещения магнитного домена в тонком магнитном слое из ферромагнитного материала. Слой управления перемещением доменов сформирован из тонкопроводящего материала. При подаче на управляющий слой электрического поля по соседству с магнитным слоем и в управляющем слое возникает равномерно распределенный электрический ток. Магнитный домен, расположенный в магнитном слое, изменяет плотность тока в управляющем слое и вырабатывает вблизи себя область токового возмущения. Ток возмущения, взаимодействуя с магнитным полем домена, обеспечивает выработку результирующего индуцированного управляющего магнитного поля. Скорость и направление распространения магнитного домена управляются путем изменения прикладываемого электрического поля или путем изменения тока возмущения в управляющем слое.

Взаимное индуктирование электрического и магнитного полей происходит в пространстве с огромной скоростью /со скоростью света/ и представляет собой распространение электромагнитных волн. Такими электромагнитными волнами являются радиоволны, свет — инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый, а также рентгеновские и гамма-лучи. Поэтому многие эффекты, описанные в этом разделе, имеют аналоги и в оптике, и, наоборот, «оптические» эффекты широко применяются в радиотехнике, особенно в диапазоне СВЧ (например, эффект Фарадея).

Магнитное поле может быть создано постоянными магнитными, переменными электрическим полем и движущимися электрическими зарядами, в частности теми, которые движутся в проводнике, создавая электрический ток.

Способ защиты человека от поражения электрическим током в сетях с напряжением до 1000 В путем отключения сети при поступлении на исполнительные органы аварийного сигнала, вырабатываемого размещенными на теле человека датчиком на основе тока, протекающего через тело человека при его соприкосновении с токоведущими частями, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности для формирования аварийного сигнала используют электромагнитные колебания, излучаемые телом человека, которые фиксирует антенны служащие указанным датчиком.

Способ автоматического регулирования положения электрода при сварке путем контроля физических возмущений в зоне сварки, отличающийся тем, что с целью повышения точности и обеспечения возможности регулирования при электрошлаковой сварке, вокруг контролируемого участка зоны сварки создают магнитопроводящий контур и о положении электрода при сварке судят по распределению магнитной индукции, наводимой сварочным током внутри этого контура.

Основной характеристикой электрического поля является напряженность, определяемая через силу, действующую на заряд. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции, также определяемый через силу, действующую на заряд в магнитном поле.

На неподвижные заряды магнитное поле вообще не действует. Движущийся заряд магнит не притягивает и не отталкивает, а действует на него в направлении, перпендикулярном к полю и к скорости заряда. Сила, действующая на заряд в этом случае, называется силой Лоренца.

Способ изменения подъемной силы крыла с постоянным углом атаки, например, судно на автоматически управляемых подводных крыльях. С целью повышения быстродействия и надежности системы управления подводными крыльями, снижения уровня гидродинамических шумов по крылу пропускают магнитный поток, возбуждаемый электромагнитным полем, через морскую воду электрический ток, направленный поперек магнитного потока.

Гидродинамический электромагнитный движитель. Движительная система для удлиненного гидродинамического плавучего средства содержит цилиндрическую оболочку из ферромагнитного материала; несколько параллельных магнитных полюсов, расположенных по периферии оболочки на одинаковом расстоянии один от другого; электромагнитные катушки надетые на удлиненные электроды, число которых равно числу полюсов. На судне установлен источник переменного тока. Управляющее устройство соединяет источник переменного тока с электродами и катушками электромагнита для попеременного создания северного и южного полюсов в катушках и получения пересекающихся электрического и магнитного полей в нужных фазах, для создания однонаправленного движения заряженных частиц вокруг плавучего средства. Управляющее устройство включает приспособление для раздельного возбуждения электродов при управлении плавсредством.

При движении зарядов в магнитном поле не вдоль линии этого поля из -за силы Лоренца траектория их движения будет представлять собой спираль. Чем сильнее поле, тем меньше радиус этой спирали. Период обращения заряда не зависит от скорости движения, а только от отношения величины заряда к массе заряженной частицы.

Устройство для измерения заряда аэрозоли, содержащее измерительный электрод, блок питания, выпрямитель и операционный усилитель, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности, оно снабжено магнитом, создающим поперечное к направлению движения аэрозоли поле, а измерительный электрод выполнен плоским и установлен так, что его плоскость параллельна силовым линиям магнитного поля и направления движения аэрозоли.

В случае перпендикулярности силовых линий магнитного поля плоскости движения заряженной частицы она начинает двигаться по кругу, причем радиус этого круга зависит от напряженности магнитного поля.

Датчик расхода, содержащий корпус, крыльчатку, преобразователь угловой скорости крыльчатки в электрический сигнал, отличающийся тем, что с целью расширения области применения и диапазона измерения, а также упрощение конструкции датчика расхода, преобразователь угловой скорости крыльчатки выполнен в виде магнетрона, анод которого выполнен с вырезами, расположенными в плоскости, параллельно оси вращения крыльчатки, в теле крыльчатки укреплены магниты с одноименными полюсами в одном торце, а на корпусе датчика расхода установлен подпорный магнит, причем магниты в теле крыльчатки и подпорный магнит обращены к магнетрону разноименными полюсами.

уТБЧОЕОЙЕ ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЗП Й НБЗОЙФОПЗП РПМЕК

лПОУРЕЛФ ХТПЛБ РПЧФПТЕОЙС Й ПВПВЭЕОЙС

хТПЛ РТПЧПДЙФУС РПУМЕ ЙЪХЮЕОЙС ФЕНЩ «нБЗОЙФОПЕ РПМЕ». пУОПЧОПК НЕФПДЙЮЕУЛЙК РТЙЕН – ЧЩДЕМЕОЙЕ ПВЭЙИ Й ПФМЙЮЙФЕМШОЩИ ЮЕТФ Ч ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПН Й НБЗОЙФОПН РПМСИ У ЪБРПМОЕОЙЕН ФБВМЙГЩ. рТЕДРПМБЗБЕФУС ДПУФБФПЮОП ТБЪЧЙФПЕ ДЙБМЕЛФЙЮЕУЛПЕ НЩЫМЕОЙЕ, Ч РТПФЙЧОПН УМХЮБЕ РТЙДЕФУС ДЕМБФШ ПФУФХРМЕОЙС ЖЙМПУПЖУЛПЗП ИБТБЛФЕТБ. уТБЧОЕОЙЕ ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЗП Й НБЗОЙФОПЗП РПМЕК РПДЧПДЙФ ХЮБЭЙИУС Л ЧЩЧПДХ ПВ ЙИ ЧЪБЙНПУЧСЪЙ, ОБ ЮЕН ПУОПЧБОБ УМЕДХАЭБС ФЕНБ «ьМЕЛФТПНБЗОЙФОБС ЙОДХЛГЙС» (Ч 11-Н ЛМБУУЕ).

1. вХЗБЕЧ б.й . нЕФПДЙЛБ РТЕРПДБЧБОЙС ЖЙЪЙЛЙ Ч УТЕДОЕК ЫЛПМЕ.
2. зЕТЫЕОЪПО е.н., нБМПЧ о.о. лХТУ ПВЭЕК ЖЙЪЙЛЙ. ьМЕЛФТЙЮЕУФЧП Й НБЗОЕФЙЪН.
3. лБВБТДЙО п.ж., лБВБТДЙОБ у.й., ыЕЖЕТ о.й. жБЛХМШФБФЙЧОЩК ЛХТУ ЖЙЪЙЛЙ. 9-К ЛМБУУ.
4. лБЗБОПЧ н.й., гХЛЕТОЙЛ ч.н. рТЙТПДБ НБЗОЕФЙЪНБ.
5. лБТГЕЧ ч.р. рТЙЛМАЮЕОЙС ЧЕМЙЛЙИ ХТБЧОЕОЙК.
6. нЕФПДЙЛБ РТЕРПДБЧБОЙС ЖЙЪЙЛЙ Ч УТЕДОЕК ЫЛПМЕ. рПД ТЕД. сЧПТУЛПЗП в.н., ФПН 3.
7. нСЛЙЫЕЧ з.с., вХИПЧГЕЧ в.в. жЙЪЙЛБ-10.
8. фБТБУПЧ б.ч., фБТБУПЧБ м.о. чПРТПУЩ Й ЪБДБЮЙ РП ЖЙЪЙЛЕ.
3. хУПЧБ б.ч., ъБЧШСМПЧ ч.ч. чПУРЙФБОЙЕ ХЮБЭЙИУС Ч РТПГЕУУЕ ЙЪХЮЕОЙС ЖЙЪЙЛЙ.

жЙЪЙЛБ Й ЖЙМПУПЖЙС ТБУУНБФТЙЧБАФ НБФЕТЙА ЛБЛ ПУОПЧХ ЧУЕЗП УХЭЕЗП, ЛПФПТБС УХЭЕУФЧХЕФ Ч ТБЪОЩИ ЖПТНБИ. пОБ НПЦЕФ ВЩФШ УПУТЕДПФПЮЕОБ Ч РТЕДЕМБИ ПЗТБОЙЮЕООПК ПВМБУФЙ РТПУФТБОУФЧБ ( МПЛБМЙЪПЧБОБ ), ОП НПЦЕФ ВЩФШ, ОБРТПФЙЧ, «ДЕМПЛБМЙЪПЧБОБ». рЕТЧПНХ УПУФПСОЙА НПЦОП РПУФБЧЙФШ Ч УППФЧЕФУФЧЙЕ РПОСФЙЕ ЧЕЭЕУФЧП , ЧФПТПНХ – РПОСФЙЕ РПМЕ . й ФП Й ДТХЗПЕ УПУФПСОЙС, ОБТСДХ УП УРЕГЙЖЙЮЕУЛЙНЙ ЖЙЪЙЮЕУЛЙНЙ ИБТБЛФЕТЙУФЙЛБНЙ, ЙНЕАФ Й ПВЭЙЕ. оБРТЙНЕТ, ЕУФШ ЬОЕТЗЙС ЕДЙОЙГЩ ПВЯЕНБ ЧЕЭЕУФЧБ Й ЕУФШ ЬОЕТЗЙС ЕДЙОЙГЩ ПВЯЕНБ РПМС. уЧПКУФЧБ НБФЕТЙЙ ОЕЙУЮЕТРБЕНЩ, РТПГЕУУ РПЪОБОЙС ВЕУЛПОЕЮЕО. рПЬФПНХ ЧУЕ ЖЙЪЙЮЕУЛЙЕ РПОСФЙС ОБДП ТБУУНБФТЙЧБФШ Ч ТБЪЧЙФЙЙ. фБЛ, ОБРТЙНЕТ, УПЧТЕНЕООБС ЖЙЪЙЛБ Ч ПФМЙЮЙЕ ПФ ЛМБУУЙЮЕУЛПК ОЕ РТПЧПДЙФ УФТПЗПК ЗТБОЙГЩ НЕЦДХ РПМЕН Й ЧЕЭЕУФЧПН. ч УПЧТЕНЕООПК ЖЙЪЙЛЕ РПМЕ Й ЧЕЭЕУФЧП ЧЪБЙНОП РТЕЧТБЭБАФУС: ЧЕЭЕУФЧП РЕТЕИПДЙФ Ч РПМЕ, Б РПМЕ РЕТЕИПДЙФ Ч ЧЕЭЕУФЧП. оП ОЕ ВХДЕН ЪБВЕЗБФШ ЧРЕТЕД, Б ЧУРПНОЙН ЛМБУУЙЖЙЛБГЙА ЖПТН НБФЕТЙЙ.

( у РПНПЭША ЛПДПУЛПРБ РТПЕГЙТХЕФУС УИЕНБ. )

рПРТПВХКФЕ РП УИЕНЕ УПУФБЧЙФШ ЛТБФЛЙК ТБУУЛБЪ П ЖПТНБИ УХЭЕУФЧПЧБОЙС НБФЕТЙЙ.

рПУМЕ ПФЧЕФБ ХЮБЭЙИУС ХЮЙФЕМШ ОБРПНЙОБЕФ, ЮФП ЧУЕ УФЧПН ЬФПЗП СЧМСЕФУС УИПДУФЧП ИБТБЛФЕТЙУФЙЛ ЗТБЧЙФБГЙПООПЗП Й ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЗП РПМЕК, ЛПФПТПЕ ВЩМП ЧЩСЧМЕОП ОБ РТЕДЩДХЭЙИ ХТПЛБИ РП ФЕНЕ «ьМЕЛФТЙЮЕУЛПЕ РПМЕ». оБРТБЫЙЧБЕФУС ЧЩЧПД: ЕУМЙ ЕУФШ УИПДУФЧП НЕЦДХ ЗТБЧЙФБГЙПООЩН Й ЬМЕЛФТЙЮЕУЛЙН РПМСНЙ, ФП ДПМЦОП ВЩФШ ПОП Й НЕЦДХ РПМСНЙ ЬМЕЛФТЙЮЕУЛЙН Й НБЗОЙФОЩН. дБМЕЕ РТЕДМБЗБЕФУС УПРПУФБЧЙФШ УЧПКУФЧБ Й ИБТБЛФЕТЙУФЙЛЙ РПМЕК Ч ЧЙДЕ ФБВМЙГЩ (УН. УРТБЧБ), БОБМПЗЙЮОПК ФПК, ЛПФПТХА ДЕМБМЙ РТЙ УТБЧОЕОЙЙ ЗТБЧЙФБГЙПООПЗП Й ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЗП РПМЕК.

1. рТЙ ПВУХЦДЕОЙЙ ЙУФПЮОЙЛПЧ РПМС, ДМС РПЧЩЫЕОЙС ЙОФЕТЕУБ Л РТЕДНЕФХ, ИПТПЫП УТБЧОЙФШ ДЧБ РТЙТПДОЩИ ЛБНОС: СОФБТШ Й НБЗОЙФ.

сОФБТШ – ФЕРМЩК ЛБНЕОШ ХДЙЧЙФЕМШОПК ЛТБУПФЩ, ПВМБДБЕФ ОЕПВЩЮОЩН, ТБУРПМБЗБАЭЙН Л ЖЙМПУПЖЙЮЕУЛЙН РПУФТПЕОЙСН УЧПКУФЧПН: ПО НПЦЕФ РТЙФСЗЙЧБФШ! вХДХЮЙ ОБФЕТФЩН, ПО РТЙФСЗЙЧБЕФ РЩМЙОЛЙ, ОЙФЙ, ЛХУПЮЛЙ ВХНБЗЙ (РБРЙТХУБ). йНЕООП РП ЬФПНХ УЧПКУФЧХ ЕНХ Й ДБЧБМЙ ОБЪЧБОЙЕ Ч ДТЕЧОПУФЙ. фБЛ, ЗТЕЛЙ ОБЪЩЧБМЙ ЕЗП ЬМЕЛФТПОПН – РТЙФСЗЙЧБАЭЙН ; ТЙНМСОЕ – ИБТРБЛУПН – ЗТБВЙФЕМЕН , Б РЕТУЩ – ЛБЧХВПК , Ф.Е. ЛБНОЕН, УРПУПВОЩН РТЙФСЗЙЧБФШ НСЛЙОХ . еЗП УЮЙФБМЙ НБЗЙЮЕУЛЙН, МЕЛБТУФЧЕООЩН, ЛПУНЕФЙЮЕУЛЙН.

фБЛЙН ЦЕ ФБЙОУФЧЕООЩН Й РПМЕЪОЩН УЮЙФБМЙ ЙЪЧЕУФОЩК ФЩУСЮЙ МЕФ ДТХЗПК ЛБНЕОШ – НБЗОЙФ. ч ТБЪОЩИ УФТБОБИ НБЗОЙФ ОБЪЩЧБМЙ РП-ТБЪОПНХ, ОП ВПМШЫБС ЮБУФШ ЬФЙИ ОБЪЧБОЙК РЕТЕЧПДЙФУС ЛБЛ МАВСЭЙК , МАВПЧОЙЛ . фБЛ РПЬФЙЮОП ДТЕЧОЙЕ ПФНЕФЙМЙ УЧПКУФЧП ЛХУЛПЧ НБЗОЙФБ РТЙФСЗЙЧБФШ ЦЕМЕЪП.

у ОБЫЕК ФПЮЛЙ ЪТЕОЙС ЬФЙ ДЧБ ПУПВЕООЩИ ЛБНОС НПЦОП ТБУУНБФТЙЧБФШ ЛБЛ РЕТЧЩЕ ЙЪХЮЕООЩЕ РТЙТПДОЩЕ ЙУФПЮОЙЛЙ ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЗП Й НБЗОЙФОПЗП РПМЕК.

2. рТЙ ПВУХЦДЕОЙЙ ЙОДЙЛБФПТПЧ РПМЕК РПМЕЪОП ПДОПЧТЕНЕООП РТПДЕНПОУФТЙТПЧБФШ У РПНПЭША ХЮБЭЙИУС ЧЪБЙНПДЕКУФЧЙЕ ОБЬМЕЛФТЙЪПЧБООПК ЬВПОЙФПЧПК РБМПЮЛЙ У ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПК ЗЙМШЪПК Й РПУФПСООПЗП НБЗОЙФБ У ЪБНЛОХФЩН ЛПОФХТПН У ФПЛПН.

3. рТЙ ПВУХЦДЕОЙЙ ЧЙЪХБМЙЪБГЙЙ УЙМПЧЩИ МЙОЙК МХЮЫЕ ЬФП РТПДЕНПОУФТЙТПЧБФШ, ЙУРПМШЪХС РТПЕЛГЙА ОБ ЬЛТБО.

4. дЕМЕОЙЕ ДЙЬМЕЛФТЙЛПЧ ОБ ЬМЕЛФТЕФЩ Й УЕЗОЕФПЬМЕЛФТЙЛЙ – ДПРПМОЙФЕМШОЩК НБФЕТЙБМ. ьМЕЛФТЕФЩ – ЬФП ДЙЬМЕЛФТЙЛЙ, ДМЙФЕМШОП УПИТБОСАЭЙЕ РПМСТЙЪБГЙА РПУМЕ ХУФТБОЕОЙС ЧОЕЫОЕЗП ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЗП РПМС Й УПЪДБАЭЙЕ УПВУФЧЕООПЕ ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЕ РПМЕ. ч ЬФПН УНЩУМЕ ЬМЕЛФТЕФЩ РПДПВОЩ РПУФПСООЩН НБЗОЙФБН, УПЪДБАЭЙН НБЗОЙФОПЕ РПМЕ. б ЧЕДШ ЬФП ЕЭЕ ПДОП УИПДУФЧП!

уЕЗОЕФПЬМЕЛФТЙЛЙ – ЛТЙУФБММЩ, ПВМБДБАЭЙЕ (Ч ОЕЛПФПТПН ФЕНРЕТБФХТОПН ЙОФЕТЧБМЕ) УРПОФБООПК РПМСТЙЪБГЙЕК. рТЙ ХНЕОШЫЕОЙЙ ОБРТСЦЕООПУФЙ ЧОЕЫОЕЗП РПМС ЙОДХГЙТПЧБООБС РПМСТЙЪБГЙС ЮБУФЙЮОП УПИТБОСЕФУС. дМС ОЙИ ИБТБЛФЕТОП ОБМЙЮЙЕ РТЕДЕМШОПК ФЕНРЕТБФХТЩ – ФПЮЛЙ лАТЙ, РТЙ ЛПФПТПК УЕЗОЕФПЬМЕЛФТЙЛ УФБОПЧЙФУС ПВЩЮОЩН ДЙЬМЕЛФТЙЛПН. пРСФШ УИПДУФЧП – У ЖЕТТПНБЗОЕФЙЛБНЙ!

рПУМЕ ТБВПФЩ У ФБВМЙГЕК ЛПММЕЛФЙЧОП ПВУХЦДБАФУС ПВОБТХЦЕООЩЕ УИПДУФЧБ Й ТБЪМЙЮЙС. уИПДУФЧП МЕЦЙФ Ч ПУОПЧЕ ЕДЙОПК ЛБТФЙОЩ НЙТБ, ТБЪМЙЮЙС ПВЯСУОСАФУС РПЛБ ОБ ХТПЧОЕ ТБЪОПК ПТЗБОЙЪБГЙЙ НБФЕТЙЙ, МХЮЫЕ УЛБЪБФШ – УФЕРЕОЙ ПТЗБОЙЪБГЙЙ НБФЕТЙЙ. пДОП ФП, ЮФП НБЗОЙФОПЕ РПМЕ ПВОБТХЦЙЧБЕФУС ФПМШЛП ПЛПМП ДЧЙЦХЭЙИУС ЬМЕЛФТЙЮЕУЛЙИ ЪБТСДПЧ (Ч ПФМЙЮЙЕ ПФ ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЗП), РПЪЧПМСЕФ РТЕДУЛБЪБФШ ВПМЕЕ УМПЦОЩЕ НЕФПДЩ ПРЙУБОЙС РПМС, ВПМЕЕ УМПЦОЩК НБФЕНБФЙЮЕУЛЙК БРРБТБФ, РТЙНЕОСЕНЩК ДМС ИБТБЛФЕТЙУФЙЛ РПМС.

рПУМЕ РПДЧЕДЕОЙС ЙФПЗПЧ ХТПЛБ НПЦОП ТЕЛПНЕОДПЧБФШ ДПРПМОЙФЕМШОХА МЙФЕТБФХТХ, Б Ч ЛБЮЕУФЧЕ ДПНБЫОЕЗП ЪБДБОЙС – РПДХНБФШ П УТБЧОЙФЕМШОПК ИБТБЛФЕТЙУФЙЛЕ ФТЕИ РПМЕК: ЗТБЧЙФБГЙПООПЗП, ЬМЕЛФТЙЮЕУЛПЗП Й НБЗОЙФОПЗП.

Электрическое и магнитное поле: в чем различия

Н а поставленный в заголовке вопрос любой ответит утвердительно. Иначе чем кусок железа притягивается к магниту, чем стрелка компаса поворачивается на север? Магнитное поле (МП) всесторонне изучено экспериментально, строго описано теоретически, а критерием истинности представлений о нём служит практика. МП вращает роторы электродвигателей, генерирует ток на электростанциях, служит рабочей средой в электромагнитах, трансформаторах, ускорителях заряженных частиц и многих других устройствах современной техники. Этим полем закаляют сталь, устраняют усадочные раковины при выплавке металлов, уничтожают накипь в паровых котлах и трубах теплоснабжения, а также парафиновые отложения в нефтепроводах. Магнитная обработка картофеля, семян растений, автомобильного топлива, простой воды и т.д. приводит к фантастическим результатам, не объяснимым современной наукой.

“Магнетические” явления, как и в средние века, окружены туманом таинственности и соседствуют с магическими. Этим пользуются лжеученые, мошенники и шарлатаны. Если средневековые знахари лечили магнитом порчу и сглаз, то ряд ведущих институтов страны продают магнитотерапевтические аппараты, якобы излечивающие сотни болезней самой разной природы. Астрологи “научно” подкрепляют истинность своих предсказаний воздействием космического МП планет. Не обходятся без МП и многочисленные изобретатели вечных двигателей, обещающие неограниченные потоки бесплатной и экологически чистой энергии. Вращением магнита создают мифическое торсионное поле, которым обрабатывают настои трав, получая чудодейственные лекарства от различных болезней. Изобретены магниты, защищающие доверчивых людей от шаровых молний. Магнетизмом объясняют прилипание тарелок к человеческому телу и многие другие непонятные явления.

МП мы ощущаем руками, поднося кусок железа к магниту, а его структуру можем увидеть глазами, воспользовавшись железными опилками. Поскольку МП дано нам в ощущениях, измеряется приборами и используется на практике, оно признано особым видом материи. Ему приписали массу и энергию.

Однако далеко не всё то, что дано нам в ощущениях, является объективной реальностью, то есть материей. Человек обладает богатым воображением и часто чувствует то, чего нет на самом деле. Вспомним “чистую” и “нечистую” силы, леших, барабашек, снежного человека, лох-несское чудовище, НЛО. Ведь все это кто-то видел, слышал, трогал руками, зафиксировал на фотографиях и в протоколах, а на тарелках инопланетян некоторые даже летали. Учёные тоже часто наблюдают несуществующее — квантование напряжения и температуры, холодный ядерный синтез, многие элементарные частицы, торсионное поле и т.д. Вспомним также историю с флогистоном, учение о котором было господствующим в термодинамике времён Ломоносова. Перетекание этой “огненной материи” от горячей печки хорошо ощущается поднесённой к ней рукой. Теория флогистона давала точное описание тепловых явлений и подтверждалась практикой. Несмотря на это, с развитием науки от флогистона пришлось отказаться. При этом понимание тепловых процессов стало более строгим, глубоким и простым.

А не таким ли “флогистоном” является и МП, понятие о котором досталось нам из истории? В самом деле, что это за материя, которая исчезает при переходе от неподвижной системы отсчёта к движущейся вместе с зарядом? Что за поле, если оно не имеет своих материальных носителей — магнитных зарядов, монополей (даже у элементарных частиц магнетизм обусловлен круговыми токами)? Может ли материальное МП заставить двигаться носители заряда во вторичной обмотке трансформатора, если на них непосредственно не действует, оставаясь локализованным в железном сердечнике? Возможно ли с материалистических позиций объяснить этим полем отклонение заряженной частицы, пролетающей мимо магнита, вне его МП (эффект Ааронова-Бома)? Таких вопросов, как будет показано ниже, можно задавать множество. Классическая электродинамика Ампера-Фарадея-Максвелла не даёт на них ответа. Основываясь на существовании МП, электродинамика часто противоречит логике и фундаментальным законам природы.

В настоящей работе будет показано, что МП не существует в природе, оно является нашим вымыслом. Все явления и эффекты, приписываемые магнетизму, имеют чисто электрическую природу и без МП описываются более строго, просто и ясно.

По существующим представлениям МП проявляется и фиксируется в двух группах явлений: стационарное — в силовых эффектах взаимодействия движущихся зарядов, переменное — в появлении ЭДС в замкнутом контуре. Эти эффекты будут рассмотрены, соответственно, в первой и второй частях работы.

Взаимодействие точечных зарядов

Термин стационарный, то есть постоянный во времени, создаёт иллюзию чего-то неизменного и неподвижного. Однако стационарное МП — это принципиально динамическое явление. Оно создаётся только движущимися зарядами и обнаруживается только ими.

Считается, что стационарное МП имеется у пролетающих мимо нас электрических зарядов, вокруг пучков заряженных частиц и проводов с током, внутри соленоидов, у полюсов постоянных магнитов. Во всех этих случаях его источником являются движущиеся заряды (в постоянных магнитах из ферромагнетиков имеются молекулярные кольцевые токи, а в магнитах из сверхпроводников — кольцевые макротоки). Даже у элементарных частиц— электронов, протонов, нейтронов МП обусловлено круговым движением заряженной материи.

Доказательством реальности стационарного МП служат силы, действующие с его стороны на движущиеся электрические заряды. Его регистрируют и измеряют по отклонению пролетающих заряженных частиц, по притяжению или отталкиванию проводов с током, магнитов, соленоидов, по повороту магнитной стрелки, намагничиванию вещества и поляризации элементарных частиц. Все эти случаи сводятся к силе взаимодействия двух движущихся зарядов, которую и рассмотрим в первую очередь.

Неподвижный точечный заряд создаёт в окружающем пространстве электрическое поле, напряженность Е которого одинакова во всех направлениях и убывает с расстоянием r как 1/ r 2 . Вектор Е направлен по радиусу, а эквипотенциальные поверхности имеют вид сфер с общим центром на заряде (рис. 1, а). Взаимодействие двух неподвижных зарядов q 1 , q 2 описывается законом Кулона:

F 12 = F 21 = q 1 q 2 /4πε a 2 , (1)

где а — расстояние между зарядами, ε — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды. При этом силы F 12 , действующая со стороны первого заряда на второй, и F 21 — со стороны второго на первый, равны и противоположны, то есть в соответствии с третьим законом Ньютона действие равно противодействию.

Рис. 1. Структура электрического поля неподвижного ( а ) и подвижного ( б ) точечных зарядов. Окружности — эквипотенциальные поверхности

Поле движущегося заряда отлично от поля неподвижного (рис. 1,б). Эквипотенциальные поверхности уже не являются концентрическими сферами, а их центры смещаются вместе с движущимся зарядом.

Это связано с тем, что поле распространяется с конечной скоростью, равной скорости света, а каждая следующая его порция испускается из новой точки пространства, куда смещается заряд.

Ввиду отличия полей движущегося и неподвижного зарядов сила взаимодействия движущихся зарядов не равна кулоновской F k (1), а отличается от неё: F = F k + F М (сумма здесь векторная). Добавочная сила F м , возникающая за счёт движения, в классической электродинамике называется магнитной силой и связывается с наличием у движущихся зарядов МП. Она определяется законом Ампера:

F 12М = q 2 [ V 2 В ], (2)

F 21М = q 1 [ V 1 В ]. (3)

Прямые скобки здесь означают векторное произведение, В 1 — магнитная индукция, создаваемая первым зарядом в месте нахождения второго, B 2 — вторым на месте первого, V 1 и V 2 — скорости зарядов.

Если заряды движутся параллельно друг другу, то магнитная сила, как и кулоновская, является центральной и одинаковой на оба заряда, то есть действие равно противодействию. Однако в случае непараллельного движения силы F 12М и F 21М не равны друг другу и направлены не по одной линии. А если заряды движутся перпендикулярно друг другу, то магнитная сила действует лишь на один из них, без противодействия на второй (рис. 2). Этот результат противоречит одному из фундаментальных законов природы, гласящему, что действие равно противодействию. Выражения для магнитных сил (2, 3) противоречат и другому фундаментальному закону природы — принципу относительности Галилея, так как силы зависят от абсолютных скоростей, а должны определяться относительными. Ампер понимал эти противоречия и давал более сложные выражения для сил, которые в дальнейшем забылись. Разрешая противоречия классической электродинамики, Эйнштейн разработал теорию относительности, введя сокращение размеров, замедление времени и прочее для движущихся тел.

Рис. 2. Магнитное взаимодействие двух движущихся зарядов q 1 , q 2 по классической электродинамике

Введение магнитных сил в классической электродинамике оказалось необходимым ввиду того, что в ней не учитывается отличие электрического поля движущегося заряда от поля неподвижного, а сила взаимодействия движущихся зарядов рассчитывается по статической формуле Кулона (1). Соответственно электрическое поле движущихся зарядов определяют по статическому уравнению Максвелла div D =ρ ( D =ε Е — электрическая индукция, ρ — объёмная плотность заряда). Если бы Эрстед, Ампер, Фарадей, Максвелл и их последователи учли разницу электрических полей, изображенных на рис. 1, а и 1, б , то необходимость введения МП и магнитных сил отпала бы. Продемонстрируем это на примере взаимодействия токов.

Поле тока

Проводник, по которому течёт постоянный электрический ток, является электрически незаряженным, так как число положительных зарядов в нём равно числу отрицательных и сколько зарядов входит с одной стороны, столько и выходит с другой. Однако, несмотря на компенсацию зарядов, ток создаёт в окружающем пространстве электрическое поле. Это связано с тем, что поле движущихся зарядов (в металлах электроны) отлично от поля неподвижных (положительных ионов). Напряжённость поля проводника с током Е = Е Д — Е С , где Е Д — напряжённость, создаваемая движущимися зарядами, a Е С — статическими той же плотности.

Электрическое поле цепочки неподвижных зарядов (заряженной нити) из электростатики равно Е Д =τ/(2πε r ), где τ — линейная плотность заряда. Вектор Е С перпендикулярен оси нити и направлен по радиусу r . Если же цепочка зарядов движется со скоростью V , то их поле, как говорят, сносится назад эфирным ветром — оно отстаёт за счёт конечной скорости распространения с (рис. 3). Поэтому его напряжённость

Рис. 3. Электрическое поле движущейся заряженной нити. Пунктиром показана структура статического поля

Приближение справедливо при скоростях V много меньших скорости света с . *)

Суммарное электрическое поле проводника с током

E = V 2 E C /2 c 2 =μ VI /4π r , (5)

где I=V τ — т ок, μ — абсолютная магнитная проницаемость среды. Здесь учтено c 2 =1/( εμ ). Хотя это поле и обнаружено экспериментально (оно особенно сильно вблизи сверхпроводниковых соленоидов, где протекают большие токи), оно не признаётся классической электродинамикой. Для описания же создаваемых им эффектов вводят МП с индукцией

Однако МП объясняет лишь часть эффектов (например, взаимодействие двух токов) и не может объяснить, например, воздействие постоянного тока на неподвижный заряд, предсказываемое (5).

Взаимодействие токов

В 1820 г. Ампер открыл, что два параллельных провода с токами I 1 и I 2 притягиваются, если токи текут в одном направлении, и отталкиваются, если токи встречные, с силой

F =μ I 1 I 2 l /2 π a , (7)

где а — расстояние между проводами, l — их длина. Он объяснил этот факт взаимодействием магнитных полей токов (6). При этом Ампер не знал о существовании у проводов с током электрических полей (5) и не учитывал силу их взаимодействия. Посмотрим, а не получится ли та же экспериментально измеряемая сила (7) при учёте только электрического взаимодействия проводов, без магнитного. Для определённости свободными носителями заряда будем считать положительные частицы.

Сила взаимодействия двух проводов с токами I 1 , I 2 складывается из четырёх составляющих: отталкивания положительных зарядов первого и положительных второго провода F +1+2 , притяжения отрицательных первого и положительных второго F -1+2 , притяжения положительных первого и отрицательных второго F +1-2 , а также отталкивания отрицательных первого и отрицательных второго F -1-2 (рис. 4) —

F=F +1+2 -F -1+2 -F +1-2 +F -1-2 (8)

Рис. 4. Силы взаимодействий двух параллельных проводов с токами I 1 , I 2

Последняя составляющая силы между неподвижными отрицательными зарядами определяется из электростатики:

F -1-2 = F С =τ 1 τ 2 /2πε a , (9)

где τ 1 , τ 2 — линейные плотности зарядов в проводах. Расчёт остальных сил следует вести с учётом движения цепочек зарядов относительно друг друга согласно (4). При этом в соответствии с принципом относительности в качестве скорости V нужно брать относительною скорость, то есть для F +1-2 V 1 , для F -1+2 V 2 , а для F +1+2 ( V 1 — V 2 ). В результате после сокращения статических составляющих сил получим

Подставив сюда значение F по (9), заменив с 2 на 1/(ε μ), V 1 τ 1 на I 1 , и V 2 τ 2 на I 2 , получим выражение Ампера (7). Знак минус означает притяжение. Если один из токов будет обратного направления, то есть отрицательным, то будет сила отталкивания со знаком плюс.

Следовательно, для описания взаимодействия проводов с током не нужно вводить промежуточную среду — МП. Не потеряв, как это сделал Ампер и его последователи, электрическое поле тока, понять и рассчитать это взаимодействие становится проще, строже и нагляднее. При этом отпадают проблемы противоречий с принципом относительности и третьим законом Ньютона.

Намагничивание

Наряду с описанными силовыми эффектами стационарное МП проявляет себя в намагничивании вещества. Намагничивание — это приобретение телом магнитного момента р M = q M l , где q M — положительный и отрицательный магнитные заряды, а l — расстояние между ними (рис. 5, а). Магнитный момент единицы объёма вещества М = р M / V , где V — объём тела, называется намагниченностью. Считается, что она пропорциональна напряжённости МП Н:

а коэффициент пропорциональности χ называют магнитной восприимчивостью вещества. Чем больше χ, тем лучше намагничивается данное вещество.

На самом деле никаких магнитных зарядов q M , типа изображённых на рис. 5,а у намагниченных тел не существует. Реальны же только круговые токи, представляющие собой векторную сумму круговых молекулярных токов и называемые токами Ампера I A (рис. 5, б). Замена реальной физической картины намагниченного тела (рис. 5,б) на мифический магнитный диполь (рис. 5,а) возможна потому, что на достаточно большом расстоянии от тела МП В этих структур практически одинаково, а именно оно и наблюдается в эксперименте. Различие ближнего МП структур проявляется лишь в специально поставленных экспериментах, в которых, в частности, показано, что элементарные частицы обладают круговыми токами по рис. 5,б, а не магнитными зарядами по рис. 5,а.

Риc. 5. Структура магнитного дипольного момента р M c магнитными зарядами q M ( а ) и круговыми электрическими токами Ампера I A (б)

Если площадь основания тела S , а высота l , то в соответствии с рис. 5,а его магнитный момент р M = MSI , а по рис. 5,б р M = SI A . Приравнивая эти значения, получим, что I A = Мl . Если теперь от тока I A перейти к его плотности на единицу длины тела J A = I A / l , то окажется, что

Следовательно, намагниченность М есть не что иное, как линейная плотность кругового тока Ампера.

Известно, что ток не может создаваться стационарным МП, как это утверждает соотношение (11) классической электродинамики. Ток возбуждается только электрическим полем. Причём, для возбуждения кругового тока электрическое поле должно иметь круговую ЭДС E , то есть быть вихревым. Тогда только при неравной нулю круговой проводимости G 0 будет ток I A = G 0 E . В дифференциальной форме это уравнение выглядит так:

J A =γ 0 rot E (13)

где γ 0 = G 0 l /S — удельная круговая электрическая проводимость вещества, имеющая размерность 1/(Ом·м) или См/м.

Из полученного уравнения (13) следует, что для “намагничивания” вещества нужно не МП, а неоднородное, вихревое электрическое поле, ротор которого (то есть dE y / dx — dE х /dy ) не равен нулю. Такое поле и создают намагничивающие устройства — соленоиды, магниты.

Круговая проводимость характеризует способность вещества “намагничиваться” (по существующей терминологии), а точнее — проводить круговой электрический ток. В диамагнетиках γ 0 мала и отрицательна. В парамагнетиках, где имеются круговые токи неспаренных электронов, ориентируемые вихревым электрическим полем, γ 0 положительна. В ферромагнетиках ниже точки Кюри происходит спонтанная ориентация орбит круговых токов неспаренных электронов и ток Ампера возникает сам собой, без внешних воздействий. При этом γ 0 оказывается равной бесконечности. Это означает, что ферромагнетики являются сверхпроводниками, но не обычными с бесконечной линейной проводимостью, а круговыми с бесконечно текущим круговым током. Критическая температура ферромагнитных сверхпроводников равна их точке Кюри. Поэтому ферромагнитные вещества являются самыми высокотемпературными сверхпроводниками.

Классические (то есть линейные) сверхпроводники также могут “намагничиваться” вихревым электрическим полем и оставаться постоянными магнитами сколь угодно долго. Однако протекающий в них круговой ток непрерывный, а не складывающийся из множества молекулярных круговых токов, как в ферромагнетиках.

ВЫВОДЫ

Таким образом, силы магнитного взаимодействия имеют чисто электрическую природу. Они связаны с отличием электрического поля движущихся зарядов от поля неподвижных. Для их понимания и расчёта нет нужды во введении магнитного поля.

“Намагничивание” вещества также связано не с магнитным полем, а с возбуждением круговых токов вихревым электрическим полем. Поэтому ферромагнетики являются высокотемпературными сверхпроводниками по круговым токам.

А СУЩЕСТВУЕТ ЛИ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ?
ЧАСТЬ II. ПЕРЕМЕННОЕ ПОЛЕ
(статья из журнала «Электро» №3, 2004 г.)


Петров В.М., канд. физ.-мат. наук, доцент


Электромагнитная индукция

В первой части настоящей работы * показано, что силовые эффекты магнитного поля (МП) легко объяснимы при учёте электрического поля провода с током или магнита с круговым током Ампера. Учёт не принимавшегося ранее во внимание электрического поля тока при трактовке опытов Эрстеда-Ампера не требует введения стационарного МП и позволяет обойтись без него.

В 1831 г. М. Фарадей обнаружил появление ЭДС в замкнутом контуре (катушке) при включении или выключении тока в рядом расположенной катушке. Поскольку уже при постановке экспериментов он ставил задачу “превратить магнетизм в электричество” (электричество в магнетизм, как считал он, уже превратили Эрстед и Ампер), то возникновение ЭДС, естественно, связал с МП катушки с током, а открытое явление назвал электромагнитной индукцией. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея в замкнутом контуре площадью S МП с индукцией В индуцирует ЭДС, равную скорости изменения магнитного потока BS через этот контур: E = — d ( BS )/ dt . Знак минус означает, что возникающая ЭДС препятствует изменению потока (правило Ленца).

Закон Фарадея фактически содержит два разных закона: 1) E = — BdS / dt , когда магнитная индукция стационарна, а меняется площадь контура, 2) E = — SdB / dt , когда контур неподвижен, а переменным является МП. В первом случае ЭДС возникает за счёт силы Лорентца, действующей на носители заряда в движущемся контуре. Она объясняется электрическим взаимодействием движущихся зарядов, рассмотренным в первой части. Во второй части работы речь пойдёт лишь о переменном МП и втором случае закона Фарадея.

В 1872 г. Дж.К. Максвелл обобщил экспериментальные законы электричества, магнетизма и их связи между собой, ввёл дополнительное понятие тока смещения, придя к выводу о существовании электромагнитного поля. Система уравнений Максвелла этого поля завершила формирование классической электродинамики, ставшей теоретической основой современной электро- и радиотехники.

По классической электродинамике единственным доказательством существования переменного МП является появление ЭДС индукции при помещении замкнутого контура в это поле. Рассмотрим, нельзя ли наведение ЭДС объяснить и без МП.

Волны в свободном пространстве

Из уравнений Максвелла вытекает, что в свободном пространстве могут распространяться электромагнитные волны. Такая волна имеет две составляющие — электрическую Е и магнитную В , причём векторы Е и В перпендикулярны друг другу и направлению распространения (рис. 1). Скорость распространения волны равна с =(εμ) -1/2 , где ε и μ — абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. Для свободного пространства (вакуума) ε = ε 0 = 8,85·10 -12 Ф/м (электрическая постоянная), μ= μ 0 = 4π ·10 -7 Гн/м (магнитная постоянная), поэтому с = 3·10 8 м/с — скорости света. Амплитуды электрического поля, направленного на рис. 1 по оси z , и магнитного — по оси у , связаны между собой соотношением dB y / dt = dE z / dx . Максимумы электрического и магнитного полей в максвелловской волне совпадают. В пучностях полей максимальны и их энергии, тогда как в узлах равны нулю. Это противоречит закону сохранения суммарной энергии, которая должна быть постоянной.

Рис. 1 . Электромагнитная волна в свободном пространстве и измерение её составляющих

Описанная структура электромагнитной волны может быть проверена экспериментально. Для измерения электрической составляющей берут зонд в виде штыря длиной b , много меньшей длины волны, и направляют его вдоль оси z — параллельно вектору Е . На штыре появляется ЭДС E Э = Еb . Для регистрации магнитной составляющей В берут контур, например, рамку размерами а × b , много меньшими длины волны, и устанавливают его перпендикулярно вектору В (рис. 1). По закону Фарадея в рамке индуцируется магнитная ЭДС

E M = — ab dB y / dt , (1)

или с учётом приведённого выше соотношения между Е и В

E M = — ab dE z / dx . (2)

Эксперимент подтверждает формулы (1, 2), что считается подтверждением представлений классической электродинамики об электромагнитных волнах.

Однако выше не было учтено наведение ЭДС в боковых стенках рамки электрическим полем волны, которая равна

E Э = Е 1 b — Е 2 b = — ab dE z / dx (3)

( Е 1 и Е 2 — напряжённости поля у левой и правой сторон рамки).

“Электрическая” ЭДС (3) оказывается в точности равной “магнитной” (2). При наличии обеих составляющих эксперимент должен давать удвоенное значение ЭДС, однако реально измеряется лишь одно — (2) или (3). Следовательно, одного из них не существует. Так как электрическая волна есть заведомо (она регистрируется электрическим зондом), то волны магнитной нет. Нет и переменного МП в свободном пространстве.

Поле провода с переменным током

При протекании стационарного тока провод электрически нейтрален, так как входной ток на любом его отрезке равен выходному, и заряды не накапливаются. Классическая электродинамика принимает провод нейтральным и при протекании по нему переменного тока в условиях квазистационарности. Но тогда возникают проблемы с объяснением ЭДС, появляющейся в контуре, расположенном вблизи провода (рис. 2). Для выхода из положения полагают, что вокруг провода существует МП с той самой индукцией, что и у постоянного тока (формула (6) первой части). Вот это МП якобы и создаёт ЭДС в контуре по закону электромагнитной индукции Фарадея:

E M = ab dB / dt= (μ ab /2π r ) di/dt (4)

Рис. 2. Поле провода с переменным током и контур для его измерения

На самом деле, провод с переменным током всегда заряжен, так как в фиксированный момент времени t в его произвольное сечение с координатой х втекает ток i ( t ), а из сечения х +Δ х вытекает i ( t -Δ t ), не равный i ( t ). Здесь Δ t = Δ х / с — время распространения тока на участке Δ х . На отрезке Δ х существует заряд Δ q = i ( t )Δ x / c . Линейная плотность заряда

τ= Δ q /Δ x=i ( t — х / с )/ с . (5)

Заряженный провод создает в окружающем пространстве радиальное электрическое поле, напряжённость которого согласно электростатике

E = τ / 2πε r=i / 2πε cr . (6)

Это поле наводит в контуре ЭДС электрической природы, так как значения Е 1 , Е 2 напряжённости на левой и правой боковых сторонах рамки (см. рис. 2) не одинаковы:

E Э = Е 1 b — Е 2 b = ab dE / dx= ( ab / 2πε c ) di / dx . (7)

Учитывая, что di / dx = (1/ c )( di / dt ), а с 2 = 1/(εμ), э то выражение полностью совпадает с известным (4), полученным по МП. Эксперимент не даёт удвоенного значения ЭДС E Э + E М , поэтому одной из её составляющих реально не существует. В наличии электрической компоненты ЭДС легко убедиться с помощью электрического зонда — штыря, перпендикулярного проводу. Значит, отсутствует магнитная ЭДС (4), а следовательно, и само МП провода. Заряды провода с переменным током действуют на носители заряда в контуре непосредственно своим электрическим полем, а не через посредство искусственно вводимого МП.

Самоиндукция. Катушки индуктивности

Одним из ярких проявлений МП считается явление самоиндукции, на котором основана работа катушек индуктивности — важнейших деталей электро- и радиоаппаратуры.

Опыт показывает, что на участке цепи с нулевым активным сопротивлением при протекании переменного тока i ( t ) падает напряжение

u ( t )= Ldi / dt . (8)

Величина L называется индуктивностью участка цепи.

Откуда же взялась разность потенциалов и на участке цепи, если его сопротивление равно нулю? Чтобы ответить на этот вопрос, в классической электродинамике были вынуждены ввести ЭДС самоиндукции, противодействующую изменению тока и равную напряжению и (8) с обратным знаком. Такое искусственное введение в цепь ЭДС усложняет и запутывает понимание вопроса.

На самом деле, через любую цепь электрический ток проходит конечное время ввиду того, что скорость его распространения не бесконечна. Поэтому сигнал задерживается в цепи на некоторое время t З . Если потенциал и ток на входе цепи равны φ( t ) и i ( t ), то на выходе — φ( t — t З ) и i ( t — t З ) (рис. 3). Отсюда разность потенциалов на участке цепи (или падение напряжения) u = φ ( t — t З )- φ ( t )≈ t З d φ / dt . Здесь учтено условие квазистационарности для рассматриваемой цепи, согласно которому время задержки t З много меньше времени изменения тока. Так как φ= Z 0 i , где Z 0 — волновое или характеристическое сопротивление цепи, то

u = Z 0 t З di / dt (9)

Рис. 3. Катушка индуктивности как линия задержки

Полученное выражение (9) совпадает с экспериментальным (8) при условии, что индуктивность

Так как Z 0 пропорционально (μ /ε) 1/2 , a t З — l (εμ) 1/2 , то индуктивность по (10) прямо пропорциональна магнитной проницаемости среды μ и длине цепи l . Этот вывод, а также результаты расчёта индуктивностей различных линий совпадают с известными данными, полученными из магнитных представлений.

В многовитковых катушках индуктивности существует ёмкостная электрическая связь между тесно расположенными витками, увеличивающая задержку тока. На каждом витке n -витковой катушки к собственному падению напряжения u 1 добавляется индуцированное остальными ( n -1) витками. В результате на одном витке падает напряжение nu 1 а на всей катушке n 2 u 1 . Поэтому индуктивность катушки пропорциональна квадрату числе витков.

Катушки индуктивности используют в качестве так называемых “магнитных” накопителей энергии. При этом считается, что катушкой после отключения источника питания отдаётся во внешние цепи энергия, накопленная ранее в её МП. На самом деле, после отключения источника происходит разряд накопленного в катушке электрического заряда и продолжает проходить ток запаздывания. В самом деле, пусть до момента времени t = 0 через катушку протекал ток I , а затем источник отключили. Тогда ещё некоторое время t З после отключения из катушки будет вытекать накопленный заряд, создавая на нагрузке спадающий до нуля ток i ( t ) и напряжение u ( t ). При этом выделится энергия тока запаздывания

Здесь вместо u использовано его выражение (8). Из (11) видно, что никакого отношения к МП энергия катушки не имеет. Катушка индуктивности — это просто линия задержки тока.

Взаимная индукция. Трансформаторы

Закон электромагнитной индукции был открыт Фарадеем во время экспериментов с двумя расположенными рядом катушками, в одной из которых менялся электрический ток, а в другой регистрировалась ЭДС, то есть фактически с трансформатором. В современных, трансформаторах кроме первичной и вторичной обмоток 1, 2 обычно имеется ещё железный сердечник 3, объединяющий их (рис. 4). По мнению Фарадея и его последователей, явление возникновения ЭДС во вторичной обмотке при изменении тока в первичной (взаимная индукция) объясняется тем, что ток i 1 ( t ) создаёт поток магнитной индукции B 1 ( t ), который, пересекая вторичную обмотку, индуцирует в ней ЭДС

E 2 = Mdi 1 / dt , (12)

где М — взаимная индуктивность обмоток.

Рис. 4. Трансформатор с железным сердечником

В этом объяснении кроется противоречие. В самом деле, считается, что ток во вторичной обмотке создаётся МП первичной. Однако магнитный поток сосредоточен в железном сердечнике, а вне сердечника МП нет (поля рассеяния не в счёт — они только ухудшают работу трансформатора). Поэтому на носители заряда 4 (см. рис. 4) в проводах вторичной обмотки никакое МП не действует и заставить их двигаться, то есть возбудить ток i 2 , не может. Природа взаимной индукции в чём-то другом.

Аналогичные трудности в классической электродинамике возникли при объяснении эффекта Ааронова-Бома: заряженные частицы, пролетающие мимо МП и не пересекающие его, изменяют свою траекторию. Следовательно, прямое силовое воздействие МП на частицу отсутствует, а она отклоняется. Для объяснения такого парадокса теоретики привлекли квантовую механику, согласно которой поведение частицы описывается волновой функцией. Эта функция не локализована в пределах частицы, а имеет длинный “хвост”, который якобы и взаимодействует с МП, заставляя частицу поворачивать. Искусственность такой трактовки эффекта очевидна.

На самом деле, работа трансформатора и объяснение эффекта Ааронова-Бома основаны на электрическом поле тока или магнита, не учитываемом классической электродинамикой. Как показано выше, провод с переменным током заряжен и создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле и действует на заряженные частицы, заставляя их двигаться или изменять свою траекторию.

На рис. 5 показана упрощённая схема трансформатора, где наружный виток изображает первичную, а внутренний — вторичную обмотки. При подаче тока i 1 ( t ) в первичной обмотке создаётся некоторый распределённый заряд, меняющийся со временем. За счёт электрической индукции (ёмкостной связи) такой же заряд обратного знака возникает на проводе вторичной обмотки. Этот заряд создаёт продольное электрическое поле, суммирование которого по вторичной обмотке и даст ЭДС E 2 или напряжение u 2 на её выходе.

Рис. 5. Упрощённая схема трансформатора

Значение E 2 , вычисленное по электрическому полю, в точности совпадает с найденным по магнитному потоку (12). Выше это показано на примере длинного прямого провода (первичная обмотка) и прямоугольной рамки вблизи него (вторичная обмотка). В этом можно легко убедиться также на примере идеального трансформатора. Если на его первичную обмотку подано напряжение u 1 ( t ), то в условиях квазистационарности оно распределится вдоль провода по линейному закону и на каждый виток будет приходиться напряжение u 1 / n 1 ( n 1 — число витков). Ввиду плотного прилегания вторичной обмотки на каждом её витке, как на второй обкладке конденсатора, индуцируется то же напряжение u 1 / n 1 . На всей же разомкнутой вторичной обмотке, содержащей n 2 витков, будет напряжение (или ЭДС)

u 2 = u 1 n 2 / n 1 . (13)

В случае короткозамкнутой вторичной обмотки ( u 2 = 0) в ней индуцируется ток i 2 , который полностью компенсирует электрическое поле тока i 1 . Это произойдёт, если общий ток всех витков вторичной обмотки n 2 i 2 равен общему току первичной n 1 i 1 . Отсюда

i 2 = i 1 n 1 / n 2 . (14)

Таким образом получаем основные соотношения для идеального трансформатора (13, 14) без привлечения понятий магнитного потока и МП.

В трансформаторе с железным сердечником типа изображённого на рис. 4 ток i 1 ( t ) создаёт аналогичный круговой ток Ампера в сердечнике (см. первую часть статьи), который своим электрическим полем и воздействует на носители заряда 4 вторичной обмотки. Следовательно, роль сердечника сводится к сближению токов, усилению электрического взаимодействия обмоток и созданию условий идеального трансформатора.

Ток смещения

При выводе уравнений электромагнитного поля Максвелл кроме известного тока, обусловленного упорядоченным движением носителей заряда, ввёл ток смещения, связанный с изменением электрического поля. Введение понятия тока смещения считается гениальной догадкой и главнейшей заслугой Максвелла, так как благодаря ему из экспериментальных законов получается волновое уравнение электромагнитного поля.

Единственное проявление тока смещения заключается в создании им переменного МП, а обнаруживается последнее только по ЭДС индукции. Рассмотрим подобный опыт на примере круглого плоского конденсатора (рис. 6).

По Максвеллу переменный электрический ток между обкладками конденсатора не прерывается, а из тока проводимрсти i пр переходит в ток смещения i см , плотность которого равна dD / dt ( D — электрическая индукция или смещение в зазоре). Этот ток создаёт между обкладками круговое МП. Для регистрации МП поместим в зазор контур в виде рамки со сторонами a , b и измеритель ЭДС E . Измеритель должен показать E М = ab dB / dt .

Рис. 6. Конденсатор и общепринятое измерение его тока смещения i см по магнитному полю В

Классическая электродинамика не учитывает неоднородности распределения электрического поля в конденсаторе по его радиусу r , имеющее место даже в условиях квазистационарности (краевые эффекты здесь ни при чём). В круглом конденсаторе это распределение описывается функцией Бесселя. На проводе рамки, находящемся дальше от оси конденсатора, напряжённость поля Е 1 меньше, чем на проводе вблизи оси — Е 2 . Поэтому в рамке должна появиться суммарная ЭДС электрической природы:

E Э = ab dE / dr . (15)

Так как из уравнений Максвелла dE / dr = dB / dt , то ЭДС (15) в точности равна индуцированной магнитным потоком E M . Эксперимент не даёт удвоенного значения ЭДС, поэтому одна из её составляющих лишняя. Наличие электрической составляющей может быть подтверждено измерениями распределения Е по радиусу конденсатора, а само электрическое поле заведомо существует ввиду наличия зарядов на обкладках. Следовательно, не существует магнитной составляющей ЭДС и нет создающего её МП. Значит, опыт не подтверждает наличия тока смещения, а других способов его обнаружения нет. Ток смещения — это абстрактная математическая величина, не имеющая материального носителя, но позволившая Максвеллу из законов электромагнетизма получить волновое уравнение.

ВЫВОДЫ

Принцип У. Оккама гласит: “Сущности не следует умножать без необходимости”. Как флогистон в термодинамике, так и МП в электродинамике относятся как раз к таким лишним сущностям. Электродинамика без МП станет яснее, строже, точнее, а её изучение и понимание только упростятся.

Все эффекты переменного магнитного поля, как и работа таких “магнитных” устройств, как катушка индуктивности и трансформатор, объяснимы без привлечения МП. Вместо МП нужно всегда учитывать конечность скорости распространения электрического поля и неоднородность его распределения вдоль линии передачи даже в условиях квазистационарности. Конечность же скорости распространения электрического поля, как и любого другого материального объекта, является общим законом природы, не требующим доказательства.

Примечания:

*) Аналогичное (4) выражение получается в теории относительности, но исходя из сокращения длины движущейся нити и соответствующего увеличения плотности заряда.

Дата установки: 20.10.2009
Последнее обновление: 10.11.2009
[вернуться к содержанию сайта]

Каждый электрик должен знать:  Диэлектрики
Добавить комментарий