• Главная
  • Магнитное поле и источники электрического и магнитного полей

Магнитное поле и источники электрического и магнитного полей

Из явлений природы магнитное поле представлялось людям самым загадочным. Магнитные материалы действуют на предметы избирательно, удаленно. Компас был изобретен, активно использовался задолго до понимания сущности магнитного поля.

В современном школьном курсе физики магнитные явления остаются самым труднодоступным объектом изучения. Они не объяснимы в рамках классических представлений, где царят законы Ньютона и геометрия Эвклида. Для понимания природы этих полей необходимо привлекатьквантовую теорию и тензорное исчисление. Но и на школьном уровне можно применять формулы и решать задачи, хоть и без глубокого понимания.

Представляет интерес, что же такого загадочного в магнитном поле, в чем его отличие от механических сил, и даже от электрических напряжений и токов, которые все-таки удается приручить.

Магнитное поле имеет несколько особенностей, присущих именно ему. Не только потому, что оно может притягивать и отталкивать предметы на расстоянии. Оно может исчезать!

Пример исчезающего поля: электромагнит. Пока по виткам катушки течет ток, существует магнитное поле. Но ток выключили – и поле исчезло. Отметим, что электрическое напряжение не исчезло! Оно осталось на контактах источника электроэнергии, просто мы разорвали электрическую цепь. А магнитное поле пропало!

В физике изучают множество законов сохранения. Сохраняется энергия, масса, импульс и т.д. Почему же магнитному полю такие привилегии?

Не стоит думать, что магнитное поле нарушает законы природы. Его исчезновение не нарушает закон сохранения энергии, поскольку она, энергия, остается в источнике питания и может расходоваться при включении тока. Просто при отключении электрического тока исчезло условие для создания магнитного поля: остановлено движение зарядов.

Это загадочное поле возникает там, где есть переменное электрическое поле или движение электрических зарядов.

Откуда переменное электрическое поле в куске магнитного материала? От движущихся электронов. Которые не только движутся вокруг ядра, но и имеют собственный магнитный момент, как если бы они вращались вокруг своей оси.

Нельзя считать, что электрон, летающий вокруг ядра, похож на движение тока в электромагните. Процессы, протекающие в микромире, парадоксальны и коренным образом отличаются от привычных нам явлений. Если бы движение электрона в атоме являлось «электрическим током», атом не существовал бы: вся энергия излучилась бы мгновенно, электроны упали бы на ядра и наступил бы коллапс. Но этого не происходит. В квантовом мире частицы могут двигаться по своим орбитам, не излучая энергии, но создавая поле сил. В некоторых материалах магнитные моменты электронов могут синхронизироваться и выстраиваться упорядоченно: это ферриты.

У гравитационного поля есть источники: тела, имеющие массу. У электрического —  электроны, протоны. Но для магнитного поля нет аналогичных частиц, которые можно было бы назвать источниками поля.