Урок 47. Электромагнитное поле

Ерюткин Евгений Сергеевич

Введение

Мы уже обсудили вопрос, связанный с электромагнитной индукцией, с вопросом о производстве переменного электрического тока, поговорили о том, что такое генератор, теперь пришла пора обсудить электромагнитное поле.

Ранее мы говорили, что электрический ток в замкнутом проводнике образуется за счет действия переменного магнитного поля. Но вот вопрос: мы знаем, что электрический ток создается только под действием электрического поля, в 8 классе мы обсуждали это, говорили о том, что заряды в проводнике будут двигаться только тогда, когда на них действует электрическое поле. Как же происходит этот переход магнитного поля к электрическому току? Логично предположить, что каким-то образом переменное магнитное поле порождает электрическое поле.

Теория Максвелла. Вихревое электрическое поле

В 1857 году знаменитый британский физик Джеймс Клерк Максвелл опубликовал работу, в которой математически доказал, что электрическое и магнитное поля связаны между собой. Идея заключается в том, что переменное магнитное поле создает внутри проводника электрическое поле, но это электрическое поле некоторым образом отличается от электрического, которое создается источником тока. Новое для нас электрическое поле является вихревым. Что это такое – вихревое электрическое поле? Вихревым электрическим полем называется такое поле, силовые линии которого являются замкнутыми. Линии электрического поля являются такими же замкнутыми, как и у магнитного поля.

Итак, переменное магнитное поле создает вихревое электрическое, а уже это вихревое электрическое поле заставляет двигаться заряды – мы получаем индукционный электрический ток.

Еще один важный вывод, который был сделан из работы Максвелла: электрическое и магнитное поле существуют вместе.

Стало понятным следующее: чтобы существовало магнитное поле, нужен движущийся электрический заряд. А электрическое поле создается покоящимся электрическим зарядом, т.е. здесь взаимосвязь достаточно прозрачная. Тогда можно говорить о том, что в разных системах отсчета мы можем наблюдать различные виды полей.

Мысленный эксперимент

Как это можно понять?

Оказывается, все зависит от того, какую рассматривать систему отсчета: относительно движущегося или покоящегося заряда? На одном рисунке тележка, которая движется с некоторой скоростью, на тележке располагается положительный заряд. Как мы видим, относительно нас эта тележка движется, с ней вместе движется указанный положительный заряд. Значит, вокруг этого заряда мы увидим магнитное поле. Движущийся заряд создает вокруг себя магнитное поле. Если мы посмотрим на второй рисунок, там, где тележка покоится, то тот же самый заряд вокруг себя будет создавать только электрическое поле.

Следовательно, то, какое поле мы будем регистрировать, зависит от системы отсчета. Представляете себе, два человека следят за одним и тем же зарядом, но будут наблюдать разные поля. Один человек, который движется, видит движущуюся тележку, будет понимать, что вокруг заряда есть и электрическое, и магнитное поля. А человек, который покоится, будет наблюдать только электрическое поле.

Рис. 1. Об относительности электрического и магнитного полей

Следовательно, можно сделать вывод о том, что в общем случае разделить отдельно на электрическое и магнитное поле нельзя. Вокруг одного и того же заряда одновременно существует и электрическое, и магнитное поля. Поэтому оно получило название – электромагнитное поле.

Список дополнительной литературы:

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н. Ракина, К.С. Фарино; Под ред. К.С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 432-434. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. – М., 1974. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. Т.2. – М.: Физматлит, 2003.

 

Тема: Электромагнитное поле