Меню

Постоянный ток ускоренно движущиеся заряды равномерно движущиеся заряды постоянные магниты



Движущийся электрический заряд создает какое поле?

То, что движущийся электрический заряд создает вокруг себя, является более сложным, чем то, что свойственно заряду, находящемуся в неподвижном состоянии. В эфире, где пространство не возмущено, заряды уравновешиваются. Поэтому он называется магнитно- и электрически нейтральным.

Рассмотрим более подробно поведение такого заряда отдельно, в сравнении с неподвижным, и подумаем о принципе Галилея, а вместе с тем и о теории Эйнштейна: насколько она состоятельна на самом деле?

движущийся электрический заряд создает

Различие движущегося и неподвижного зарядов

Одиночный заряд, будучи неподвижным, создает электрическое поле, которое можно назвать результатом деформации эфира. А движущийся электрический заряд создает как электрическое, так и магнитное поле. Он обнаруживается только другим зарядом, то есть магнитом. Получается, что покоящийся и движущийся заряды в эфире не эквивалентны друг другу. При равномерном и прямолинейном движении заряд не будет излучать и не будет терять энергию. Но так как часть ее тратится на создание магнитного поля, то энергии у этого заряда станет меньше.

Пример для облегчения понимания

Это легче представить на примере. Если взять два одинаковых неподвижных заряда и расположить их далеко друг от друга, чтобы поля не могли взаимодействовать, один из них оставят как есть, а другой будут перемещать. Для первоначально неподвижного заряда потребуется ускорение, которое будет создавать магнитное поле. Часть энергии этого поля уйдет на электромагнитное излучение, направленное в бесконечное пространство, которое уже не вернется в качестве электродвижущей силы самоиндукции при остановке. С помощью другой части зарядной энергии будет создаваться постоянное магнитное поле (при условии постоянной скорости заряда). Это энергия деформации эфира. При равномерном движении магнитное поле сохранится в постоянном виде. Если при этом сравнить два заряда, то у движущегося будет наблюдаться меньшее количество энергии. Всему виной электромагнитное поле движущегося заряда, на которое ему приходится тратить энергию.

электромагнитное поле движущегося заряда

Таким образом, становится понятным, что в обоих зарядах состояние и энергия сильно отличаются. Электрическое поле действует на неподвижные и на движущиеся заряды. Но на последний влияет и магнитное поле. Поэтому и энергия, и потенциал у него меньше.

Движущиеся заряды и принцип Галилея

Состояние обоих зарядов можно также отследить в подвижном и неподвижном физическом теле, которое не имеет движущихся заряженных частиц. И принцип Галилея здесь может быть объективно провозглашен: физическое и нейтральное к электричеству тело, которое двигается равномерно и прямолинейно, неотличимо от того, что находится в покое по отношению к Земле. Получается, что нейтральные к электричеству тела и заряженные проявляют себя по-разному в состоянии покоя и в движении. Принцип Галилея не может использоваться в эфире и не может применяться к подвижным и неподвижным заряженным телам.

Несостоятельность принципа для заряженных тел

движущиеся заряды и принцип Галилея

Теорий и работ о тех полях, что создает движущийся электрический заряд, сегодня накопилось немало. К примеру, Хэвисайд показал, что электрический вектор, образованный зарядом, является радиальным повсюду. Силовые магнитные линии, которые образованы точечным зарядом при движении, являются кругами, а в их центрах находятся линии движения. Другой ученый, Серл, решил задачу о распределении заряда в сфере, пребывающей в движении. Было выяснено, что оно порождает поле, подобное тому, что и движущийся электрический заряд создает, несмотря на то что последний — не сфера, а сжатый сфероид, в котором полярная ось направлена в сторону движения. Позже Мортон показал, что в наэлектризованной сфере, пребывающей в движении, плотность на поверхности меняться не будет, однако силовые линии уже не будут ее покидать под углом в 90 градусов.

Энергия, окружающая сферу, становится больше при ее движении, чем в то время, когда сфера покоится. Это происходит потому, что кроме электрического поля, вокруг движущейся сферы также появляется магнитное поле, как и в случае с зарядом. Поэтому, чтобы выполнить работу, скорость для заряженной сферы потребуется большая, чем для той, что является нейтральной электрически. Вместе с зарядом возрастет и эффективная масса сферы. Авторы уверены, что это происходит из-за самоиндукции конвекционного тока, который движущийся электрический заряд создает с начала движения. Таким образом, принцип Галилея признается несостоятельным для заряженных электричеством тел.

действует на неподвижные и на движущиеся заряды

Идеи Эйнштейна и эфир

Тогда становится понятным и то, почему Эйнштейн не выделял место эфиру в СТО. Ведь сам факт признания наличия эфира уже разрушает принцип, заключающийся в эквивалентности инерциальных и независимых систем отсчета. А он, в свою очередь, и является основой СТО.

Источник

Магнитное поле движущегося заряда

Магнитное поле движущегося заряда может возникать вокруг проводника с током. Так как в нем движутся электроны, обладающие элементарным электрическим зарядом. Также его можно наблюдать и при движении других носителей зарядов. Например, ионов в газах или жидкостях. Это упорядоченное движение носителей зарядов, как известно, вызывает в окружающем пространстве возникновение магнитного поля. Таким образом, можно предположить, что магнитное поле независимо от природы тока его вызывающего возникает и вокруг одного заряда находящегося в движении.

Общее же поле в окружающей среде формируется из суммы полей создаваемых отдельными зарядами. Этот вывод можно сделать исходя из принципа суперпозиции. На основании различных опытов был получен закон, который определяет магнитную индукцию для точечного заряда. Это заряд свободно перемещается в среде с постоянной скоростью.

Формула 1 — закон электромагнитной индукции для движущегося точечного заряда

Где r радиус-вектор, идущий от заряда к точке наблюдения

Q заряд

V вектор скорости движения заряда

Формула 2 — модуль вектора индукции

Где альфа это угол между вектором скорости и радиус вектором

Эти формулы определяют магнитную индукцию для положительного заряда. Если ее необходимо рассчитать для отрицательного заряда то нужно подставить заряд со знаком минус. Скорость движения заряда определяется относительно точки наблюдения.

Чтобы обнаружить магнитное поле при перемещении заряда можно провести опыт. При этом заряд не обязательно должен двигаться под действием электрических сил. Первая часть опыта состоит в том, что по проводнику круговой формы проходит электрический ток. Следовательно, вокруг него образуется магнитное поле. Действие, которого можно наблюдать при отклонении магнитной стрелки находящейся рядом с витком.

Рисунок 1 — круговой виток с током воздействует на магнитную стрелку

На рисунке изображён виток с током, слева показана плоскость витка справа плоскость перпендикулярная ей.

Во второй части опыта мы возьмем сплошной металлический диск, закрепленный на оси от которой он изолирован. При этом диску сообщен электрический заряд, и он способен быстро вращаться вокруг своей оси. Над диском закреплена магнитная стрелка. Если раскрутить диск с зарядом, то можно обнаружить что стрелка вращается. Причем это движение стрелки будет таким же, как при движении тока по кольцу. Если при этом изменить заряд диска или направление вращения, то и стрелка будет отклоняться в другую сторону.

Читайте также:  Импульсный стабилизатор максимальный ток

Рисунок 2 — вращающийся проводящий заряженный диск

Из этих опытов можно сделать вывод, что независимо от природы возникновения электрического тока. А также от носителей зарядов, которые его обеспечивают. Магнитное поле возникает вокруг всех движущихся зарядов.

5. Электрический ток — это упорядоченно движущиеся наряженные частицы. Поэтому действие магнитного поля на проводник с током есть результат действия поля на движущиеся заряженные частицы внутри проводника. Найдем силу, действующую на одну частицу.

Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной , к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся в этом участке проводника:

Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током (рис. 1.23). Пусть длина отрезка и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля можно считать одинаковым в пределах этого отрезка проводника. Сила тока l в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (числом зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения следующей формулой:

Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока, равен:

Подставляя в эту формулу выражение (1.4) для силы тока, получаем:

где N = nS — число заряженных частиц в рассматриваемом объеме. Следовательно, на каждый движущийся заряд со стороны магнитного полядействует сила Лоренца, равная:

где — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Сила Лоренца перпендикулярна векторам и . Ее направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера: если левую руку распололсить так, чтобы составляющая магнитной индукции , перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90° большой палец укажет направление действующей на заряд силы ЛоренцаFл (рис. 1.24).

Электрическое поле действует на заряд q с силой . Следовательно, если есть и электрическое поле, и магнитное поле, то суммарная сила , действующая на заряд, равна:

= эл + л.

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работы. Согласно теореме о кинетической энергии (см. учебник физики для 10 класса) это означает, что сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.

Движение заряженной частици в однородном магнитном поле. Рассмотрим движение частицы с зарядом q в однородном магнитном поле , направленном перпендикулярно к начальной скорости частицы (рис. 1.25).

Сила Лоренца зависит от модулей векторов скорости частицы и индукции магнитного поля.
Так как магнитное поле не меняет модуль скорости движущейся частицы, то остается неизменным и модуль силы Лоренца. Эта сила перпендикулярна скорости и, следовательно, определяет центростремительное ускорение частицы. Неизменность по модулю центростремительного ускорения частицы, движущейся с постоянной по модулю скоростью, означает, что частица равномерно движется по окружности радиусом r. Определим этот радиус.

Использование действия магнитного поля на движущийся заряд. Действие магнитного поля на движущийся заряд широко используют в современной технике. Достаточно упомянуть телевизионные трубки (кинескопы), в которых летящие к экрану электроны отклоняются с помощью магнитного поля, создаваемого особыми катушками.

Сила Лоренца используется и ускорителе заряженных частиц (циклотрон) для получения частиц с большими энергиями. Циклотрон состоит из двух полых полуцилиндров (дуантов) 3, находящихся в однородном магнитном поле (рис. 1.26). Между дуантами создается переменное электрическое поле. Согласно формуле (1.6) при увеличении скорости частицы / радиус окружности (траектории 2), по которой движется частица, увеличивается. Период обращения частицы не зависит от скорости (см. формулу (1.7)), и, следовательно, через полпериода, вследствие изменения направления электрического поля, частица снова оказывается в ускоряющем ее поле и т. д. На последнем витке частица вылетает из циклотрона.

На действии магнитного поля основано также и устройство приборов, позволяющих разделять заряженные частицы по их уденьиым зарядам, т. е. по отношению заряда частицы к ее массе, и по полученным результатам точно определять массы частиц. Такие приборы получили название масс-электрографов.

На рисунке 1.27 изображена принципиальная схема простейшего масс-электрографа. Вакуумная камера прибора помещена в магинитое поле (вектор индукции перпендикулярен рисунку). Ускорение электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с высокой точностью измерить радиус траектории r. По этому радиусу определяется удельный заряд иона. Зная заряд иона, легко вычислить его массу.

На движущуюся заряженную часчицу со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. Эта сила перпендикулярна скорости и не совершает работы.

ЭФФЕКТ ХОЛЛА

Эффект состоит в возникновении на боковых гранях проводника с током, помещенного в поперечное магнитное поле, разности потенциалов, пропорциональной величине тока I и индукции магнитного поля В.

Рассмотрим эффект, обусловленный действием лоренцевой силы на свободные заряды в проводнике. Представим себе проводник с током I в виде плоской ленты, расположенной в магнитном поле с индукцией , направленной от нас (рис. 2.19).

В случае изображенном на рис. 2.19, а, верхняя часть проводника будет заряжаться отрицательно, в случае 2.19, б – положительно.

Это позволяет экспериментально определить знак носителя заряда в проводнике.

При равной концентрации носителей заряда обоих знаков возникает холловская разность потенциалов, если различна подвижность, т.е. дрейфовая скорость носителей заряда.

Подсчитаем величину холловской разности потенциалов (Uх).

Обозначим: Ex – напряженность электрического поля, обусловленного ЭДС Холла, h – толщина ленты проводника.

, (2.10.1)

Перераспределение зарядов прекратится, когда сила qEx уравновесит лоренцеву силу, т.е.

или

Плотность тока ,отсюда .Тогда .

Подставим Ex в (2.10.1) и найдем Ux:

, (2.10.2)

где – коэффициент Холла.

Исследования ЭДС Холла привели к удивительным выводам. Металлы могут обладать проводимостью р-типа (Zn, Cd – у них дырки более подвижные, чем электроны). Это металлы с чуть перекрывающимися знаками, т.е. полуметаллы.

Из формулы (2.10.2) можно найти число носителей заряда:

Итак, измерение холловской разности потенциалов позволяет определить:

Источник

Представление о магнитном поле

Мы все знаем, что такое постоянные магниты. Магниты – это металлические тела, притягивающиеся к другим магнитам и к некоторым металлам. То, что располагается вокруг магнита и взаимодействует с окружающими предметами (притягивает или отталкивает некоторые из них), называется магнитным полем.

Источником любого магнитного поля являются движущиеся заряженные частицы. А направленное движение заряженных частиц называется электрическим током. То есть, любое магнитное поле вызывается исключительно электрическим током.

За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если же движутся отрицательные заряды, то направление тока считается обратным движению таких зарядов. Представьте себе, что по кольцевой трубе течет вода. Но мы будем считать, что некий «ток» при этом движется в противоположном направлении. Электрический ток обозначается буквой I.

В металлах ток образуется движением электронов – отрицательно заряженных частиц. На рисунке ниже, электроны движутся по проводнику справа налево. Но считается, что электрический ток направлен слева направо.

Это произошло потому, что когда начали изучение электрические явления, не было известно, какими именно носителями чаще всего переносится ток.

Если мы посмотрим на этот проводник с левой стороны, так, чтобы ток шел «от нас», то магнитное поле этого тока будет направлено вокруг него по часовой стрелке.

Если рядом с этим проводником расположить компас, то его стрелка развернется перпендикулярно проводнику, параллельно «силовым линиям магнитного поля» — параллельно черной кольцевой стрелке на рисунке.

Если мы возьмем шарик, имеющий положительный заряд (имеющий дефицит электронов) и бросим его вперед, то вокруг этого шарика появится точно такое же кольцевое магнитное поле, закручивающееся вокруг него по часовой стрелке.

Ведь здесь тоже имеет место направленное движение заряда. А направленное движение зарядов есть электрический ток. Если есть ток, вокруг него должно быть магнитное поле.

Движущийся заряд (или множество зарядов – в случае электрического тока в проводнике) создает вокруг себя «тоннель» из магнитного поля. Стенки этого «тоннеля» «плотнее» вблизи движущего заряда. Чем дальше от движущегося заряда, тем слабее напряженность («сила») создаваемого им магнитного поля. Тем слабее реагирует на это поле стрелка компаса.

Закономерность распределение напряженности магнитного поля вокруг его источника такая же, как закономерность распределения электрического поля вокруг заряженного тела – она обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника поля.

Если положительно заряженный шарик перемещается по кругу, то кольца магнитных полей, образующихся вокруг него по мере его движения, суммируются, и мы получим магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, в которой перемещается заряд:

Магнитный «тоннель» вокруг заряда оказывается свернутым в кольцо и напоминает по форме тор (бублик).

Такой же эффект получается, если свернуть в кольцо проводник с током. Проводник с током, свернутый в многовитковую катушку называется электромагнитом. Вокруг катушки складываются магнитные поля движущихся в ней заряженных частиц — электронов.

А если заряженный шарик вращать вокруг его оси, то у него появится магнитное поле, как у Земли, направленное вдоль оси вращения. В данном случае током, вызывающим появление магнитного поля, является круговое движение заряда вокруг оси шарика – круговой электрический ток.

Здесь, по сути, происходит то же самое, что и при движении шарика по кольцевой орбите. Только радиус этой орбиты уменьшен до радиуса самого шарика.

Все сказанное выше справедливо и для шарика заряженного отрицательно, но его магнитное поле будет направлено в противоположную сторону.

Данный эффект был обнаружен в опытах Роуланда и Эйхенвальда. Эти господа регистрировали магнитные поля вблизи вращающихся заряженных дисков: рядом с этими дисками начинала отклоняться стрелка компаса. Направления магнитных полей в зависимости от знака заряда дисков и направления их вращения, показаны на рисунке:

При вращении незаряженного диска, магнитные поля не обнаруживались. Не было магнитных полей и вблизи неподвижных заряженных дисков.

Модель магнитного поля движущегося заряда

Чтобы запомнить направление магнитного поля движущегося положительного заряда, мы представим себя на его месте. Поднимем правую руку вверх, затем укажем ею направо, затем опустим ее вниз, затем укажем влево и вернем руку в исходное положение – вверх. Затем повторим это движение. Наша рука описывает круги по часовой стрелке. Теперь начнем движение вперед, продолжая вращать рукой. Движение нашего тела – аналог движения положительного заряда, а вращение руки по часовой стрелке – аналог магнитного поля заряда.

Теперь представьте себе, что вокруг нас находится тонкая и прочная эластичная паутина, похожая на струны пространства, которые мы рисовали, создавая модель электрического поля.

Когда мы движемся сквозь эту трехмерную «паутину», из-за вращения руки, она, деформируясь, смещается по часовой стрелке, образуя подобие спирали, словно бы наматываясь в катушку вокруг заряда.

Сзади, за нами, «паутина» восстанавливает свою правильную структуру. Примерно так можно представлять себе магнитное поле положительного заряда, движущегося прямо.

А теперь попробуйте двигаться не прямо вперед, а по кругу, например, поворачивая при ходьбе налево, при этом вращая рукой по часовой стрелке. Представьте себе, что вы движетесь через нечто, напоминающее желе. Из-за вращения вашей руки, внутри круга, по которому вы движетесь, «желе» будет смещаться вверх, образуя горб над центром круга. А под центром круга, образуется впадина из-за того, что часть желе сместилось вверх. Так можно представлять себе формирование северного (горб сверху) и южного (впадина снизу) полюсов при движении заряда по кольцу или его вращения.

Если при ходьбе вы будете поворачивать направо, то «горб» (северный полюс) сформируется снизу.

Аналогично можно сформировать представление о магнитном поле движущегося отрицательного заряда. Только вращать рукой нужно в противоположную сторону – против часовой стрелки. Соответственно, магнитное поле будет направлено в противоположную сторону. Просто каждый раз следите за тем, в какой сторону ваша рука выталкивает «желе».

Такая модель наглядно демонстрирует то, почему северный полюс одного магнита притягивается к южному полюсу другого магнита: «горб» одного из магнитов втягивается во «впадину» второго магнита.

И еще эта модель показывает, почему не существуют отдельных северных и южных полюсов магнитов, как бы мы их не разрезали – магнитное поле представляет собой вихревую (замкнутую) «деформацию пространства» вокруг траектории движущегося заряда.

У электрона было обнаружено магнитное поле, такое, какое у него должно быть в том случае, если бы он был шариком, вращающимся вокруг своей оси. Это магнитное поле назвали спином (от английского to spin — вращаться).

Читайте также:  Источники питания постоянного тока с рисунками

Кроме того, у электрона существует еще и орбитальный магнитный момент. Ведь электрон не только «вращается», но движется по орбите вокруг ядра атома. А движение заряженного тела порождает магнитное поле. Так как электрон заряжен отрицательно, магнитное поле, вызванное его движением по орбите, будет выглядеть так:

Если направление магнитного поля, вызванного движением электрона по орбите, совпадает с направлением магнитного поля самого электрона (его спином), эти поля складываются и усиливаются. Если же эти магнитные поля направлены в разные стороны, они вычитаются и ослабляют друг друга.

Кроме того, могут суммироваться или вычитаться друг из друга магнитные поля других электронов атома. Этим объясняется наличие или отсутствие магнетизма (реакции на внешнее магнитное поле или наличие собственного магнитного поля) некоторых веществ.

Эта статья — отрывок из книги об азах химии. Сама книга здесь:
sites.google.com/site/kontrudar13/himia

UPD: Материал предназначен, в первую очередь, для школьников средних классов. Возможно, Хабр не место для подобных вещей, Но где место? Нет его.

Источник

Сила взаимодействия, движущихся зарядов.

Лекция 12

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Источники магнитного поля

С проявлением магнитных сил люди встретились еще в глубокой древности. Магнитной стрелкой пользовались в Китае, индейцы — в Америке.

В 1600 г. Гильберт писал, что Земля — большой магнит.

Магнетизм — особая форма материального взаимодействия между электрическими токами, движущимися зарядами, между токами и магнитами и между магнитами; раздел физики, изучающий это взаимодействие и свойства веществ, в которых оно проявляется.

Все магнитные взаимодействия осуществляются посредством магнитных полей. Особая материальная среда, в которой проявляется воздействие на физические приборы (магнитную стрелку, виток с током и т. д.), называют магнитным полем.

Магнитное поле создают движущиеся электрически заряженные тела, проводники с током, магнитные руды, постоянные магниты и т. д.

Магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов и др.). Например, ферромагнетизм объясняется наличием у электронов собственного (спинового) магнитного момента. Переменное магнитное поле возникает при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает переменное электрическое поле, т. е. существует единое электромагнитное поле. Электрическое и магнитное поля являются различными формами его проявления при определенных условиях. Магнитное поле имеют: Земля, Юпитер, Сатурн и некоторые другие планеты солнечной системы, звезды, в том числе и наше Солнце, нейтронные звезды — пульсары, галактики и межгалактическое пространство. Магнитные свойства веществ определяются природой носителей магнетизма и характером их взаимодействия. Количественной характеристикой магнитного поля являются:

1) индукция магнитного полявектор . В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл).

2) напряженность магнитного полявектор . В Си напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м).

Между векторами индукции и напряженности существует связь:

где m — магнитная проницаемость среды (в вакууме m = 1); m = 4p×10 — 7 Гн/м — магнитная постоянная.

Преобразование поперечной силы

Рис. 1

При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой в теории относительности используют преобразования Лоренца. Используя их, найдем формулу преобразования проекции силы, например, на ось Z.

Пусть материальная точка (м. т.) массой m движется вдоль оси Z cо скоростью uz в инерциальной системе отсчета ХУZ (рис. 1), т. е. . Другая инерциальная система отсчета Х * У * Z * движется относительно ХУZ равномерно и прямолинейно со скоростью вдоль оси Х.

Запишем проекцию импульса м. т. на ось Z в виде , где Проекция силы на эту же ось . (3)

Полная энергия частицы W = g×mc 2 . (4)

Импульс частицы (5)

На основании второго закона Ньютона

Найдем в правой части последнего равенства вторую производную от произведения где .

Если поперечная составляющая силы в Х * У * Z *

Следовательно, в отличие от ньютоновской механики, в теории относительности поперечная сила зависит от скорости, что и позволяет объяснить происхождение магнитных сил.

Сила взаимодействия, движущихся зарядов.

Допустим, что два положительных точечных заряда q и Q находятся в покое относительно инерциальной системы отсчета ХУZ в вакууме на расстоянии r друг от друга. Между ними действует кулоновская сила отталкивания . (8)

Найдем, какие силы действуют между этими зарядами в системе координат Х * У * Z * , которая движется вдоль оси Х со скоростью v (рис. 2).

Используя формулы (6.7) и (6.8), получим

Таким образом, относительно системы отсчета Х * У * Z * заряды q и Q уже не находятся в покое, а движутся со скоростью параллельно друг другу. Сила взаимодействия между зарядами в этой системе отсчета меньше, чем в ХУZ, относительно которой они покоятся.

Представим формулу (9) в виде:

Представим формулу (3.10) в виде двух слагаемых

Первое слагаемое в последнем выражении представляет собой электрическую составляющую поперечной силы:

Второе слагаемое определяет магнитную составляющую поперечной силы:

Сравним силы и , получим

Для электронов проводимости это отношение

Следовательно, магнитная составляющая поперечной силы значительно меньше электрической. Поэтому при расчете сил взаимодействия между свободными зарядами можно пренебречь магнитными силами и для этого использовать формулы электростатики. Совершенно другая картина наблюдается, когда заряды движутся в проводнике. Действительно, в металлах имеются свободные электроны, движущиеся внутри ионной решетки. Суммарный заряд ионов и электронов равен нулю, так как заряды в проводнике распределены равномерно.

Следовательно, результирующая напряженность электрического поля ионной решетки и электронного газа равна нулю, и, значит, вокруг проводника электрическое поле отсутствует.

Поэтому проводники при отсутствии тока в них не взаимодействуют.

Однако при пропускании тока по параллельно расположенным проводникам между ними возникает сила магнитного взаимодействия, потому что вокруг проводников с током возникают магнитные поля. Ток в проводнике — это упорядоченное движение электронов. Напряженность поперечного электрического поля движущегося заряда несколько больше электрического поля неподвижного заряда. Скорость упорядоченного движения электронов много меньше их тепловой скорости, тем более — скорости света. Значит практически напряженность электрического поля электронов проводимости и при наличии тока компенсирована напряженностью электрического поля ионной решетки.

Остается некомпенсированной только магнитная сила взаимодействия движущихся зарядов. Из-за большого числа носителей в металлах она становится весьма значительной.

Таким образом, силы взаимодействия между движущимися электрическими зарядами отличаются от сил взаимодействия между неподвижными зарядами.

Источник