Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Что следует считать источниками магнитного поля

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Источники магнитного поля - неправильный термин.
2. Токовый заряд магнитного поля прямого тока.
3. Токовый заряд магнитного поля как составляющая токового диполя.
4. Токовый заряд магнитного поля непрямого тока.
5. Дипольный заряд магнитного поля (дипольный момент).


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Источники магнитного поля - неправильный термин.

Теория физического поля - это математическая теория, полностью опирающаяся на теорию векторного исчисления. В этой теории имеется понятие о дивергенции векторного поля div V (И.Бронштейн, К.Семендяев, 1986, с. 397), о которой сказано: "div V есть мера источников поля V. Если в рассматриваемой области div V = 0, то векторное поле V в этой области называется свободным от источников".

Магнитное поле является вихревым полем, которое определяется такими понятиями векторного анализа, как ротор и циркуляция. Силовые линии магнитного поля замкнутые, они не имеют ни начала, ни конца, то есть у них нет источника. Термин "источники магнитного поля" является широко распространенным заблуждением. Под ним обычно понимают другое понятие "причина возникновения магнитного поля", в статье о которой поясняется, что этой причиной могут быть движущийся заряд или токовый заряд. Данная статья описывает различные варианты токового заряда.

2. Токовый заряд магнитного поля прямого тока.

Рассмотрим поток единичных зарядов, протекающих через прямолинейный участок проводника, как проточной системы. В электродинамике такой поток называют прямым током. Поэтому введенное в статье о причине возникновения магнитного поля понятие “токовый заряд” можно назвать на прямолинейном участке проводника токовым зарядом прямого тока (Il), где I − ток в проводнике, l − длина прямолинейного участка проводника.

Токовый заряд является разновидностью динамического заряда (см. классификацию зарядов физического поля и статью о токовом заряде). Сокращенно динамический заряд обозначается символом Q, если это полеобразующий заряд, и символом q − если это полевой заряд. Таким образом, для токового заряда, как частного случая динамического заряда, существуют уравнения:

Q = (I l)       и       q = (i l) . ( 1 )

Естественно, что ток I нельзя путать с токовым зарядом Q, так как ток I, согласно уравнению (1), является сомножителем токового заряда Q. Судя по уравнению (1), размерность токового заряда в системе величин ЭСВП равна LT−1Q, а в СИ равна LI. Размерности у токового заряда (Il или il) и у движущегося заряда (Qv или qv) одинаковы.

В заряженной комплексной системе, состоящей из непроточной и проточной частей, токовый заряд является суммой двух составляющих (см. классификацию токов): токового заряда, образуемого током проводимости, постоянно протекающим через проточную часть системы, и токового заряда, образуемого током зарядки, кратковременно возникающим в непроточной части системы в период переходного процесса зарядки системы. В этом случае следует учитывать суммарное влияние двух разных полеобразующих токовых зарядов.

3. Токовый заряд магнитного поля как составляющая токового диполя.

Токовый заряд прямого тока вне токового контура не существует, так как длина l, присуствующая в выражении для токового заряда, является лишь частью длины замкнутого контура, включающего источник питания. По отношению к любому токовому заряду на противоположной стороне токового контура всегда имеется другой, равный ему токовый заряд противоположного знака. Оба противоположно расположенных в контуре токовых заряда составляют токовый диполь, подробно описанный в отдельной статье.

Токовый контур всегда замкнут, поэтому токовый заряд прямого тока на отдельном участке контура рассматривают мысленно, исключая из рассмотрения так называемые краевые эффекты. Закон Ампера взаимодействия токов выведен фактически для двух параллельных токовых зарядов прямого тока бесконечной длины. Ввод в электромагнетизм понятия о токовом заряде равносилен реабилитации понятия о магнитном заряде (магнитном монополе, магнитной массе), чему посвящена отдельная статья.

Любые токовые заряды существуют только в проточных системах. А согласно классификации физических систем проточная система находится между системой-источником и системой-стоком. Особенность токового контура заключается в том, что система "источник заряда" и система "сток заряда" объединены в единую систему, называемую источником тока. Источник тока и служит причиной возникновения тока единичных зарядов в контуре. Объединение источника тока с проводником создает замкнутую проточную систему, называемую токовым контуром. Поэтому ток в контуре можно назвать контурным током. В принципе, другого тока быть не может. Местонахождение источника тока внутри контура роли не играет.

Контуры различают плоские (лежащие в одной плоскости) и пространственные. По конфигурации можно выделить два частных случая плоских контуров: прямоугольные контуры и круговые контуры. Все другие конфигурации контура в процессе обобщения можно свести к этим двум.

4. Токовый заряд магнитного поля непрямого тока.

Под токовым зарядом непрямого тока будем понимать просуммированный геометрически токовый заряд в криволинейном проводнике. На рисунке показана половина контура круговой формы (одна ветвь контура), хотя конфигурация контура, в принципе, роли не играет.

Разобьем мысленно половину контура на элементарные участки, как показано на рисунке. Затем разложим элементарные токовые заряды прямого тока (I dl) на составляющие, параллельные и перпендикулярные оси симметрии контура. Геометрическая сумма всех составляющих элементарных токовых зарядов прямого тока, перпендикулярных оси симметрии (I dl)y , как это видно из рисунка, равна нулю. Геометрическая сумма всех составляющих элементарных токовых зарядов (I dl)х , параллельных оси симметрии, равна (Id), где d – масимальная длина токового заряда непрямого тока (для кругового контура d – это диаметр окружности). Геометрическая сумма токовых зарядов непрямого тока (Id) двух половин контура также равна нулю, поскольку ток в обеих ветвях контура противоположен по направлению.

Но любые два противоположные по направлению и находящиеся на противоположных ветвях контура элементарные токовые заряды создают токовый диполь, подробно описанный на странице, посвященной классификации диполей.

5. Дипольный заряд магнитного поля (дипольный момент).

Каждый токовый диполь создает вихревое поле со своим собственным токовым дипольным зарядом, направленным перпендикулярно плоскости контура и называемым дипольным моментом. Токовый дипольный момент в современном электромагнетизме называют иначе (магнитным моментом) и обозначают символом pm .

Для определения дипольного момента представим круговой контур в виде суммы i элементарных контуров, ширина которых равна dl, но с разными значениями дипольных расстояний d. В статье, посвященной диполям, показано, что дипольный момент любого i-го элементарного токового диполя будет равен

(pm )i = [qi di ] = [(I dl) di ] . ( 2 )

Дипольный момент всего контура можно получить путем интегрального суммирования дипольных моментов элементарных токовых диполей, составляющих круговой контур:

pm = ∫i (pm )i = ∫i [(I dl) di ] . ( 3 )

В современной физике отсутствует понятие о токовом заряде, и поэтому круглые скобки можно раскрыть, вместо токового заряда (I dl) записать (I dl), ток I уже как скалярную величину вынести за знак интеграла и уравнение (3) записать в виде

pm = Ii dl di [el   ed ] = Ii n dl di = I Scn ncn , ( 4 )

где el − орт прямолинейного участка контура, ed − орт дипольного расстояния, ncn − орт, перпендикулярный плоскости контура, и Scn − площадь кругового контура. И таким образом в современной электродинамике приходят к определяющему уравнению для магнитного момента контура. Однако при таком математическом преобразовании теряется из виду векторный характер электрического тока, что приводит к неверному выводу о том, что электрический ток является скалярной величиной.

Переход от токовых зарядов прямого тока к токовым зарядам непрямого тока и, наконец, к токовому дипольному заряду (дипольному моменту) означает качественный скачок в рассмотрении токовых зарядов, так как вихревое (магнитное) поле, создаваемое токовым диполем, своею направленностью и конфигурацией отличается от вихревого поля, создаваемого токовым зарядом прямого тока.

Литература

1. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А., 1986, Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд. – М.: Наука, Физматгиз. 544 с.


© И. Коган Дата первой публикации 10.06.2008
Дата последнего обновления 13.02.2016

Оглавление раздела Предыдущая Следующая