ФИЗИКА

3.5.1. Взаимодействие токов. Магнитные силы

Натянем две длинные станиолевые ленты параллельно друг другу и присоединим их к источнику тока. Если по обоим проводникам потекут токи одинакового направления, то ленты притянуться друг к другу. Если же токи потекут по проводникам в противоположных направлениях, то они оттолкнутся друг от друга. Попытаемся выяснить причину этого явления.

В металлах имеются свободные электроны (электронный газ), распределённые внутри ионной решётки. Суммарный заряд положительно заряженной ионной решётки и отрицательно заряженного электронного газа равен нулю; заряды распределены в проводнике равномерно, так что у системы нет дипольного момента. Благодаря этому суммарная напряжённость электрического поля ионной решётки и электронного газа вне проводника равна нулю и вокруг проводника отсутствует электрическое поле. Именно поэтому проводники при отсутствии тока не взаимодействуют друг с другом.

Однако при наличии тока, т.е. упорядочного движения свободных электронов, между проводниками возникает сила взаимодействия. Это приводит к выводу, что силы взаимодействия между движущимися электрическими зарядами отличаются от сил взаимодействия между неподвижными зарядами.

Дополнительные силы взаимодействия, возникающие между движущимися электрическими зарядами, принято по историческим соображениям называть магнитными силами (они были обнаружены Эрстэдом по действию на магнитную стрелку).

Следует обратить внимание на то, что на базе ньютоновской механики невозможно объяснить происхождение магнитных сил. В самом деле, в ньютоновской механике силы взаимодействия связаны только с ускорениями. Поэтому согласно ньютоновской механике силы взаимодействия между равномерно движущимися зарядами не должны были бы отличаться от сил взаимодействия между неподвижными зарядами, что не соответствует эксперименту.

Можно подойти к этому вопросу и с других позиций. В ньютоновской механике сила является функцией расстояния между взаимодействующими телами и их относительных скоростей. Но расстояния между электронами проводимости при возникновении тока не изменились; их относительная скорость относительно друг друга осталась равной нулю. Казалось бы, что и никаких дополнительных сил возникнуть не должно.

Однако опыт свидетельствует о том, что при движении электронов между ними возникли силы, которых не было при отсутствии тока. Отсюда следует непригодность представлений ньютоновской механики для трактовки магнитного взаимодействия.

Правильная трактовка магнитного взаимодействия, подтверждённая экспериментом, получается в рамках представлений специальной теории относительности.

Рассмотрим некоторые фрагменты этой теории.

к к к