Возникает ли магнитное поле из-за движущегося заряда или из-за его вращения, или из-за того и другого?

То, как вы задали свой вопрос (особенно часть 3), похоже, что вы пытаетесь понять, как магнитные дипольные моменты и движущиеся заряды связаны друг с другом. Но это не так. Движущиеся заряды и магнитные дипольные моменты не описывают магнитное поле, они создают магнитное поле.

Внезапно я могу представить себе три способа создания магнитных полей:

• Движущийся электрический заряд : каждый раз, когда у вас есть электрически заряженный объект в движении, он создает магнитное поле. К этой категории относятся электрические токи. Обычно это первый способ, с помощью которого студенты-физики учатся генерировать магнитное поле; это описывается законом Ампера (одно из уравнений Максвелла).

• Изменение электрического поля : каждый раз, когда электрическое поле изменяется во времени, оно создает магнитное поле, даже если вокруг нет тока. Обычно это второй способ, с помощью которого студенты-физики узнают, что можно генерировать магнитное поле. Это также описывается законом Ампера (технически термин «поправка Максвелла»).

• Статические магнитные мультиполи : этот немного сложнее, потому что он не описывается ни одним из уравнений Максвелла, по крайней мере, напрямую.

  Начну с аналогии. Надеюсь, вы знаете, что заряженный объект создает электрическое поле. Но вам не обязательно иметь чистый заряд, чтобы создать поле. Если вы возьмете положительный заряд и отрицательный заряд одинаковой величины и поместите их очень близко друг к другу, вы все равно получите электрическое поле, потому что поле от положительного заряда и поле от отрицательного заряда точно не компенсируют друг друга. Это пример электрического диполя. Вы можете думать об этом как о «вторичном источнике» поля, который зависит не от общего количества заряда, а от того, как заряд распределяется внутри объекта.

  Обычно, когда общая сумма заряда отлична от нуля, распределение заряда оказывает достаточно малое влияние, поэтому нам не нужно об этом заботиться, но когда нет чистого заряда, то способ распределения заряда становится важным. Очевидно, чтобы заниматься физикой, нам нужна физическая величина, описывающая распределение. Это электрический дипольный момент .

  На самом деле, мы можем измерить электрический дипольный момент объекта и использовать его для полезных расчетов, даже если мы ничего не знаем о распределении заряда — или даже если распределения заряда может вообще не быть. Другими словами, можно представить, что может существовать какой-то неизвестный физический механизм, полностью независимый от электрического заряда, который заставляет какой-либо объект иметь электрический дипольный момент. Поэтому имеет смысл определить «электрический диполь» как «что-то, что имеет ненулевой электрический дипольный момент», независимо от того, имеет ли эта вещь распределение заряда.

  То же самое относится к магнитным диполям и магнитному дипольному моменту . Он работает так же, как электрический дипольный момент, за исключением того, что вместо электрического поля и электрического заряда используется магнитное поле и «магнитный заряд». Дело в том, что, насколько нам известно, магнитно заряженных объектов (так называемых « магнитных монополей ») не существует. Таким образом, магнитный дипольный момент никогда не маскируется магнитным зарядом, как это обычно происходит с электрическим дипольным моментом.

  Как и в случае с электрическим диполем, любой магнитный диполь будет генерировать магнитное поле. Один вид магнитного диполя представляет собой небольшую петлю с током. Если ток состоит из физических зарядов, движущихся по кругу, то он будет иметь некоторый угловой момент. Поэтому, как только было обнаружено, что электрон имеет собственный угловой момент (спин), физики, естественно, задались вопросом, не возникает ли этот угловой момент из-за того, что составные частицы движутся по кругу внутри электрона. Один из способов проверить эту теорию — измерить магнитный дипольный момент электрона и вычислить, соответствует ли он предсказанию модели токовой петли. Как оказалось, это не так. Так что, очевидно, происходит что-то еще; магнитный дипольный момент электрона создается не только классическими зарядами, движущимися по кругу. Это' это нечто, присущее электрону. (Квантовая электродинамика правильно предсказывает точное значение магнитного дипольного момента электрона, но не дает простой физической картины.)

В конце концов, это все движущиеся заряды.

Чтобы увидеть, что это также имеет место для магнитного поля от спина, вам нужно выполнить так называемое разложение Гордона на плотности заряда-тока электрона, как определено уравнением Дирака.

см., например, 18.2 в этой главе моей книги:

http://physics-quest.org/Book_Chapter_Gordon_Decomposition.pdf

Разложение Гордона плотности заряда-тока электрона показывает дополнительную часть, обусловленную магнитным моментом электрона. Эта дополнительная часть эквивалентна классическому «току от намагничивания» , определяемому формулой:

$j=\nabla\times M$

Где М - намагниченность среды. Рисунок 18.1 по приведенной выше ссылке показывает, что это всего лишь знакомая теорема Стокса в действии. Электрический ток$j$представляет собой эффективный ток, вызванный собственной намагниченностью электронного поля. Это ток, который является источником магнитного поля из-за магнитного момента электрона. Теорему Стокса см .:

http://www.math.umn.edu/~nykamp/m2374/readings/stokesidea/

С уважением, Ханс

Магнитное поле возникает из-за движущихся зарядов, потому что, когда заряды находятся в движении, электрическое поле продолжает непрерывно изменяться, а другая причина заключается в том, что когда заряды находятся в движении, они ведут себя как крошечные магниты и создают магнитное поле, перпендикулярное его направлению.

Оба, но это не одни и те же магнитные поля. В качестве подсказки вы можете считать вращение и революцию «не» двумя разными явлениями, но даже революция — это вращение.