Как возможно электрическое поле с завитком? [закрыто]

Конечно! Давайте возьмем пример, который привел Эйнштейна к разработке его специальной теории относительности.

Предположим, вы берете петлю из проволоки и кладете ее на стол так, чтобы она была плоской по горизонтали. Теперь вы помещаете северный полюс магнита под какую-то часть вашего стола, так что магнитное поле (ограниченное в пространстве!) проходит «вверх» через какую-то часть вашего стола, перпендикулярно ему. Поскольку магнитное поле постоянно, и мы не используем батарейки или что-то в этом роде, здесь нет заметного электрического поля.

Теперь мы знаем, что когда мы проводим эту проволочную петлю над магнитом, мы видим переменный ток. Давайте посмотрим, как это может произойти без электрических полей. Давайте представим, что мы смотрим из-за петли в направлении ее движения, чтобы вы знали, что я имею в виду, когда говорю «вперед», «влево», «вправо», «вверх» и «вниз». Мы знаем, что когда петля движется вперед через направленное вверх магнитное поле, все электроны хотят изгибаться влево, а все протоны — вправо. Они уравновешены в нашей петле, поэтому результирующей силы нет, но может быть результирующий ток, если либо протоны начнут вращаться (что требует вращения петли, что сложно, потому что большой и тяжелый) или если электроны начнут вращаться (это просто внутренний электрический ток, это довольно просто). Когда это происходит?

Что ж, пока петля входит в это магнитное поле, поле спереди петли сильнее, чем сзади. Это приводит к более сильному левому искривлению электронов спереди, которое побеждает (задние еще не искривлены влево!) и толкает задние электроны «с дороги» вправо, что создает ток, где электроны обтекают петлю против часовой стрелки, если смотреть сверху. (Мы бы назвали это током по часовой стрелке, поскольку электроны имеют отрицательный заряд.) Затем, если петля намного меньше магнита, вы увидите, что петля полностью входит в магнитное поле, область постоянного магнитного поля и тенденции электроны на левой кривой выравниваются между передней и задней частью: ток больше не течет. Наконец, когда он выходит из магнитного поля, самые передние электроны больше не хотят изгибаться так сильно влево, но самые задние все еще хотят, что приводит к противоположному току. Вы можете использовать физику для расчета точной величины тока, если хотите; это стандартное упражнение для студентов.

Вот еще один способ рассчитать то же самое количество: зафиксируйте квадрат на столе и переместите магнит под ним с той же скоростью, что и петля! С этой точки зрения магнитное поле в каждой точке начинает меняться, сначала увеличиваясь по мере приближения магнита к ней, а затем уменьшаясь по мере дальнейшего продвижения магнита. Согласно этому уравнению электрическое поле закручивается сначала по часовой стрелке, а затем против часовой стрелки. И вы можете вычислить, какой ток генерирует это искривленное электрическое поле в петле, и получится точно такая же величина. (На самом деле магнитные поля не могут сначала воздействовать на электроны в этой системе отсчета, потому что в этой системе отсчета электроны стоят на месте!)

Эйнштейн сказал: «Это не может быть совпадением. Очевидно, что это правило «не имеет значения, двигаюсь ли я над магнитом или магнит движется подо мной» — это более важный закон физики». И это дало ему веру в законы электродинамики, которой не было у его современников — они думали: «Ну, мы получаем какие-то странные предсказания из этих законов, очевидно, что они неверны». Но он сказал: «Эти законы указывают на этот более глубокий закон, может быть, они на 100% верны, а предположения, которые мы привносим в законы Ньютона, неверны». Он придумал свою специальную теорию относительности, в основном используя передовую математику электродинамики своего времени, и утверждая, что вы действительно должны относиться к ней серьезно, и показывая, что, поскольку она математически непротиворечива, она не может, ipso facto,

Итак, видите, всякий раз, когда магниты движутся в пространстве, мы должны описывать их как изменяющие электрические поля, а также магнитное поле, иначе наша математика не могла бы согласовываться с принципом, что физика работает одинаково в поезде или в поезде. автомобиль (движущийся с постоянной скоростью) так же, как и на земле. Это так же просто, как спросить: «Какие токи возникают в проволочной петле, лежащей на поезде, когда он проходит над большим магнитом на земле?» - есть два способа взглянуть на электромагнитное поле, и в одном оно полностью магнитное, а в другом оно должно быть частично электрическим, а частично магнитным.