Имеют ли движущиеся заряженные частицы магнитное и электрическое поля?

Рассмотрим заряженную частицу (электрон или протон) в состоянии покоя. Он окружен собственным электрическим полем.

Теперь рассмотрим электрон, движущийся с определенной скоростью. Существует ли вокруг него электрическое поле?

  1. Если вокруг него есть электрическое поле, то почему, когда электроны движутся в проводнике (т. е. в проводнике течет ток), снаружи проводника нет электрического поля?

  2. Теперь, когда ток течет по проводнику (я не уверен, что произойдет, если движение происходит не внутри проводника), он создает вокруг себя магнитное поле. Я потерялся. Что случилось с электрическим полем? Он все еще там? Существуют ли электрические поля и магнитные поля? Почему бы нам не поговорить о них?

Ответы (3)

Есть ли вокруг него электрическое поле?

Да. Электрон движется (в нашей системе отсчета), поэтому теперь есть магнитное поле (в нашей системе отсчета), но с электрическим полем ничего не происходит.

я. Если вокруг него есть электрическое поле, то почему, когда электроны движутся в проводнике (то есть ток течет в проводнике), снаружи проводника нет электрического поля?

Электроны в проводнике создают электрическое поле вне проводника; однако на самом деле в проводнике будет столько же протонов, сколько и электронов, и, следовательно, результирующее электрическое поле вне проводника равно нулю.

II. Теперь, когда ток течет по проводнику (я не уверен, что произойдет, если движение происходит не внутри проводника), он создает вокруг себя магнитное поле. Я потерялся. Что случилось с электрическим полем? Он все еще там? Существуют ли и электрическое поле, и магнитное поле? Почему бы нам не обсудить это?

Электрическое поле все еще существует (в каком-то смысле), но оно равно нулю , потому что электроны и протоны в проводнике компенсируют друг друга, так что нас это не волнует. (Вообще-то я считаю, что если принять во внимание релятивистские эффекты, чего, наверное, глупо не делать в контексте электродинамики, будет ненулевое электрическое поле). При этом, если бы по какой-то причине существовал поток движущихся электронов без протонов , то мы бы наблюдали как (ненулевое) магнитное, так и электрическое поле.

  1. Гипотетически, если электрон движется со скоростью большей, чем скорость света. Что происходит?

Специальная теория относительности говорит, что этого не может быть :). В любом случае, если мы на мгновение прикинемся дураком, единственное, что изменится, — это ток и, следовательно, сила магнитного поля.

"существует магнитное поле (в нашей системе отсчета)" подождите минутку! Если мы находимся в системе отсчета, которая движется с той же скоростью, что и электрон. Тогда магнитного поля нет? Как это возможно? Я имею в виду, как магнитное поле может зависеть от системы отсчета? Это поле. Правильно?
@claws Это отличный вопрос. Вы наталкиваетесь на то, что в конце концов привело к мысли, что нет ни электрического поля, ни магнитного поля, а есть только электромагнитное поле. Другими словами, наблюдаете ли вы электрическое поле, магнитное поле или «смесь» того и другого, зависит от вашей системы отсчета , т. е. электрическое и магнитное поля на самом деле являются просто двумя сторонами одной медали. Независимо от того, видите ли вы работу электрического поля или магнитного поля, т. е. независимо от вашей системы отсчета, вы все равно будете наблюдать одни и те же физические результаты .
Ух ты! Звучит совершенно странно и абстрактно. Можете ли вы предложить хорошую книгу для дальнейшего чтения по этой теме ?
@claws Я считаю, что обсуждение в тексте по электродинамике Гриффита, которое начинается на стр. 522 должен быть тем, что вы ищете.
Ваш ответ говорит, что внешнее электрическое поле равно нулю, что неверно, как вы мне указали. Как правило, провода будут нести избыточный/недостаточный заряд электронов. Представьте себе конденсатор, по которому течет ток с разным зарядом электронов на каждой пластине.
@ Джонатан Глисон, что вы подразумеваете под одними и теми же физическими результатами? магнитная и электрическая силы из-за их полей производят разные физические результаты, не так ли? Или еще где я ошибся?
@A4KASH Просто подумайте о частице, движущейся в пространстве. В моей системе отсчета частица может находиться в состоянии покоя, но в вашей системе отсчета вы можете наблюдать, как частица движется со скоростью в , потому что ты движешься относительно меня со скоростью − в . Таким образом, хотя мы измеряем разные числа , мы все равно наблюдаем одно и то же физическое явление. То же самое происходит и с электромагнитным полем: вы можете измерять другие числа, чем я, но только потому, что у нас разные точки зрения: мы по-прежнему наблюдаем одно и то же физическое явление.

я. Если вокруг него есть электрическое поле, то почему, когда электроны движутся в проводнике (то есть ток течет в проводнике), снаружи проводника нет электрического поля?

В общем случае это не так. Проводящий материал, достигший стационарного состояния, будет иметь нулевое электрическое поле внутри проводника, но поле вне проводника определяется суммарным зарядом проводника, а также его формой. При этом определенно возможно иметь установку с потоком электронов и без электрического поля. Если у вас есть проволочная петля с количеством неподвижных положительных зарядов, равным количеству движущихся электронов, электрического поля вне проволоки не будет, потому что суммарный заряд равен нулю.

Чтобы быть более конкретным, электрическое поле, создаваемое электроном, накладывается на электрическое поле, создаваемое протоном, и результирующее поле фактически равно нулю, когда вы находитесь достаточно далеко по сравнению с расстоянием, разделяющим два заряда.

II. Теперь, когда ток течет по проводнику (я не уверен, что произойдет, если движение происходит не внутри проводника), он создает вокруг себя магнитное поле. Я потерялся. Что случилось с электрическим полем? Он все еще там? Существуют ли и электрическое поле, и магнитное поле? Почему бы нам не обсудить это?

Опять же, если есть чистый заряд, будет чистое электрическое поле. Если его нет, то не будет и электрического поля. Также будет магнитное поле в результате движения зарядов.

Что вы подразумеваете под проводящим материалом, достигшим устойчивого состояния?
@Адам Страндберг. Я думаю, что вокруг нейтрального (без суммарного заряда) тела не обязательно должно быть нулевое электрическое поле. Если мы рассмотрим нейтральное тело, содержащее один электрон и один протон, суммарный заряд будет равен нулю, но электрическое поле будет равно нулю тогда и только тогда, когда расстояние между протоном и электроном равно нулю. Если я ошибаюсь здесь . Пожалуйста, поправьте меня.

2. Теперь рассмотрим электрон, движущийся с определенной скоростью (меньше скорости света). Существует ли вокруг него электрическое поле?

С движущимся зарядом по-прежнему связано электрическое поле, но теперь есть и магнитное поле. Только движущиеся заряды могут испытывать эту магнитную силу.

я. Если вокруг него есть электрическое поле, то почему, когда электроны движутся в проводнике (то есть ток течет в проводнике), снаружи проводника нет электрического поля?

Для идеального проводника с нулевым сопротивлением и конечным током электрическая сила, действующая на электроны проводимости, стремится к нулю. Поэтому электрическое поле внутри равно нулю. Это достигается за счет статической перегруппировки электронов внутри для создания статического электрического поля, которое нейтрализует любые другие внутренние электрические поля.

Однако внешнее электрическое поле все еще существует от избыточного заряда в проводе, который идет от источника тока. Представьте себе медленно разряжающийся конденсатор, в котором есть электрическое поле в области между пластинами, но нет электрического поля внутри пластин, несущих ток.

II. Теперь, когда ток течет по проводнику (я не уверен, что произойдет, если движение происходит не внутри проводника), он создает вокруг себя магнитное поле. Я потерялся. Что случилось с электрическим полем? Он все еще там? Существуют ли и электрическое поле, и магнитное поле? Почему бы нам не обсудить это?

Движущийся заряд имеет магнитное и электрическое поля, которые можно вывести из потенциалов Лиенара-Вихерта . Все это обсуждается в любой книге по электричеству и магнетизму на уровне бакалавриата.

3. Гипотетически, если электрон движется со скоростью большей, чем скорость света. Что происходит?

Специальная теория относительности учит нас, что существует универсальный предел скорости, с которой движется скорость света, и поэтому электроны не могут двигаться быстрее скорости света, независимо от того, сколько энергии вы вкладываете.

Я считаю, что ваш ответ на (i) не совсем правильный. Этот аргумент применим к полю внутри идеального проводника, но электроны внутри проводника не заботятся о внешнем поле, потому что внешнее поле не влияет на их равновесие.
@JonathanGleason Я интерпретировал вопрос, спрашивая, почему снаружи проводника нет электрического поля из-за электрических полей движущихся электронов внутри. Если расположение зарядов внутри проводника делает электрическое поле равным нулю везде внутри, то, следовательно, они вносят вклад в нулевое электрическое поле повсюду снаружи, что не нуждается в объяснении, потому что оно кажется очевидным.
«Если расположение зарядов внутри проводника делает электрическое поле нулевым повсюду внутри, то, следовательно, они вносят нулевое электрическое поле повсюду снаружи...» Я не думаю, что это правда. Рассмотрим бесконечную цилиндрическую оболочку с ненулевой поверхностной плотностью заряда о . По симметрии и закону Гаусса электрическое поле равно нулю внутри , но отлично от нуля снаружи .
@JonathanGleason да, вы правы, так что +1 за ваш комментарий.
Имеют ли движущиеся заряженные частицы магнитное и электрическое поля?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v