Що таке магнетизм?
Звідки береться магнітне поле при русі зарядів і куди воно зникає в статиці.
Сутність магнетизму елементарно проста, але пояснити швидко і відразу, мабуть, не вийде, - все-таки «тисячолітня проблема». Складність полягає не в самих принципах взаємодії, а в ломці міцно укорінених помилок.
Відомо, що магнітне поле створюється струмами, рухомими зарядами. Звідси і потрібно починати. Забудемо на час магнітне поле, і розглянемо поле зарядів.
Кулонівське поле заряду направлено радіально і чисельно дорівнює
.
Класичне поле рухомого заряду
(1)
магнетизм електричний струм
відрізняється від його статичного поля за модулем і напрямом (рис. нижче).
У звичайному струмі в металевому провіднику присутні нерухомі позитивні і рухомі негативні заряди. Розіб'ємо струм на елементарні ділянки довжиною dx із зарядами dq. Поле такого елемента струму буде сумою полів нерухомих позитивних і рухомих негативних зарядів (малюнок нижче).
Поле елемента струму
.
Або, покомпонентно,
При швидкості v << c (а швидкість струму в металі складає долі міліметра в секунду) поле елемента струму з досить високою точністю можна записати як
Або
(2)
Це дипольне поле елемента струму, поле кінетичного диполя. Як бачимо, воно аналогічно полю звичайного статичного диполя
з тією, однак, різницею, що ставлення v / c не залежить від радіуса, тому поле кінетичного диполя убуває пропорційно квадрату відстані, а не третій його ступеня.
У формальній класичної теорії електричне поле струму не розглядається, і поняття кінетичного диполя відсутня. З рівнянь Максвелла виводиться тільки аналогічне вираз для магнітного моменту струму і відзначається його схожість з полем диполя, але залишилося не зрозумілим, що це і є електричне поле струму, поділене на швидкість світла.
Розглянемо поле прямого нескінченно довгого струму.
Вище ми отримали поле елемента струму.
(2)
Розглянемо тепер повне поле прямого нескінченно довгого лінійного струму Ix в деякій точці P, віддаленої на відстані R0 від нього. Розіб'ємо струм на елементарні ділянки довжиною dx=R0 d? / Sin2?, Несучі заряди dq =? Xdx =? XR0 d? / Sin2?, Де? X - лінійна щільність зарядів.
Статичний поле заряду dq в цьому випадку буде
,
а сумарне поле елемента струму, як ми знайшли вище, однаково (покомпонентно)
де u - швидкість зарядів струму,.
Проінтегрував по струму, отримуємо
(3)
де - магнітне поле B прямого струму.
І того, замість нейтрального поля E=0, ми отримали надзвичайно сильне поздовжнє поле. Таке поле діяло б на заряд, що рухається в магнітному полі струму зі швидкістю більше 3/4 швидкості світла.
У замкнутому струмі будь-якої конфігурації виникає таке ж поздовжнє поле - це вже повний абсурд, як замкнута в кільце стрімка гірська річка. Проте, класичне рівняння поля (1) неминуче призводить саме до такого результату.
...
