Приведение закона Ампера к корректному физическому виду

Квантовый механизм электрического тока предполагает, что электрический ток является более сложным физическим явлением, чем сейчас описывается в электродинамике. Более того, в электродинамике до сих пор не известен физический смысл силы Ампера, поэтому в формуле, определяющей эту силу, есть величины, не имеющие физического смысла.

«Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие. Следовательно, вращающий момент, испытываемый рамкой, есть результат действия сил на отдельные её элементы. Обобщая результаты исследования действия магнитного поля на различные проводники с током, Ампер установил, что сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, равна

 

, (1)

где - вектор, по модулю равный и совпадающий по направлению с током, - вектор магнитной индукции.

Направление вектора может быть найдено, согласно (1), по общим правилам векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в неё входил вектор , а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на ток». [3]

Формула (1), определяющая силу Ампера физически не корректна: В векторном произведении вектор не имеет физической природы.

Зная квантовый физический механизм электрического тока можно привести эту формулу к виду, в котором все величины будут иметь физический смысл. Для этого нужно заменить не физическую величину в векторном произведении формулы (1) на физическую векторную величину . Выведем её из закона Ома.

 

, (2)

Учитывая, что ,

 

, (3)

Заменяя в формуле (1), получим:

 

, (4)

где - сила Ампера,

- вектор напряженности электрического поля. Этот вектор направлен вдоль проводника и является величиной, имеющей физический смысл.

- вектор магнитной индукции внешнего магнитного поля, в которое помещен проводник с током. Это также величина, имеющая физический смысл.

- электрическое сопротивление проводника.

Формула (4) выражает закон Ампера для участка цепи – потребителя тока, приведенный к корректному физическому виду в рамках классической электродинамики. Левая часть выражает изменение гравитационного поля проводника, правая – изменение электромагнитного поля. Формулу (4) можно также преобразовать для участка цепи – источника тока и полной цепи электрического тока.

Закон Ампера для участка цепи – источника тока выглядит следующим образом:

, (5)

И для полной цепи электрического тока:

 

. (6)

Знак (-) перед правой частью уравнения (5) означает изменение потока энергии при переходе проводника на участок цепи – источник тока.

Таким образом, даже в рамках классической электродинамики можно вывести формулы для определения силы Ампера для цепи – потребителя тока, цепи – источника тока и полной цепи. Однако вывод этой формулы не даёт механизма электрического тока.

Для того, чтобы понять физическую природу возникновения силы Ампера, рассмотрим этот физический феномен с позиций квантовой теории электрического тока.