on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 28 гостей.
Вход в систему
Яндекс.Метрика

51.4. Изменяющееся магнитное поле.

 Обсудим, наконец, последнюю группу экспериментов, связанных с «превращением магнетизма в электричество». В замкнутом проводнике, помещенном в переменное магнитное поле, также возникает электрический ток. Это явление может быть сведено к рассмотренным выше, если стать на точку зрения теории близкодействия. Напомним, в применении к электромагнитным явлениям эта теория утверждает, что переносчиком взаимодействий является реально существующее электромагнитное поле, как объективная реальность, как вид материи. Два электрически заряженных тела непосредственно не взаимодействую между собой: один заряд (как источник) создает электромагнитное поле, которое воздействует на другой заряд (который выступает в роли прибора, регистрирующего наличие поля). То есть второй заряд-приемник «чувствует», воспринимает то поле, которое существует в той малой области пространства, где он непосредственно находится. Изменение положения или величины заряда-источника приведет к изменению силы, действующей на приемник не мгновенно, а через некоторый промежуток времени, который потребуется, чтобы изменение (возмущение) поля распространилось от одного заряда к другому. Аналогичные рассуждения можно провести и для магнитных взаимодействий. Иными словами любой прибор, регистрирующий характеристики электромагнитного поля воспринимает поле только в той области, где он находится. Причина этого заключается не в недостатках, несовершенстве приборов, а в самих свойствах электромагнитного поля − нет принципиальной возможности однозначно определить характеристики источников поля по изучению параметров поля в ограниченной области пространства в ограниченный промежуток времени. Простейший пример: в «черном ящике» находится источник магнитного поля. Изучая характеристики поля вне ящика, мы никакими методами не можем сказать, что находится в ящике − постоянный магнит, или катушка, по которой протекает электрический ток.
 Поэтическим выражением этого положения является известная строка «...как свет угасших звезд доходит». Наблюдая (исследуя любыми самыми совершенными приборами) свет далекой звезды (то есть электромагнитное поле, испущенное много лет назад) мы не можем сказать, где эта звезда находится «сейчас», существует ли она «сейчас»1.
 Обобщая данные рассуждения, можно сформулировать один из основных принципов теории электромагнитного поля: свойства электромагнитных полей проявляются локально, например, изменяющееся в данной точке2 магнитное поле приводит к возникновению электрического поля в этой же точке.
Рассмотрим еще раз небольшую катушку, относительно которого движется постоянный магнит (рис. 522).


рис. 522

 ЭДС индукции и ее последствия (электрический ток, нагрев проводника и т.д.) определяются вектором индукции поля в точках кольца и его зависимостью от времени B(r, t). Пространственная структура магнитного поля зависят от свойств постоянного магнита (его формой, размерами, намагниченностью). Зависимость этого поля от времени в точках кольца определяется изменением положения магнита − его координатой как функцией времени z(t). Пусть теперь магнитное поле создается электрическим током в неподвижной катушке. В принципе возможно (законы физики этого не запрещают) создать такую катушку и так изменять силу тока в ней I(t), чтобы во всех точках кольца магнитное поля изменялось так же, как и магнитное поле, созданное движущимся постоянным магнитом. Будут ли в этих двух различных случаях отличаться характеристики ЭДС и электрического тока в кольце? С точки зрения теории близкодействия − нет! Кольцо и содержащиеся в нем заряженные частицы «не могут знать» почему изменяется действующее на них электромагнитное поле: или из-за движения магнита, или из-за изменения силы в неподвижной катушке.
 Таким образом, мы обязаны сделать вывод − изменяющееся магнитное поле создает вихревое электрическое поле, не зависимо от причины, вызывающей изменение магнитного поля. Причем характеристики вихревого электрического поля однозначно определяются законом изменения магнитного поля. Следовательно, и в этом случае остается справедливой прежняя формулировка закона электромагнитной индукции − ЭДС индукции в контуре равна скорости изменения магнитного потока через контур.
 С энергетической точки зрения и в этом случае все обстоит «благополучно»: возникающий в контуре электрический ток создает магнитное поле, индуцирующее в первичной цепи ЭДС, направленную против ЭДС источника, заставляя тем самым его совершать большую работу. Строгий расчет показывает, что эта дополнительная работа в точности равна энергии индуцированного тока.


1С точки рения науки чрезвычайно интересен вопрос, что такое «сейчас», какие события можно считать одновременными, что такое прошлое, настоящее и будущее. Эта философская проблема рассматривается в теории относительности, пока же мы употребляем эти термины в обыденном житейском смысле.
2Все-таки, наверно, лучше говорить не о пространственной точке, а малой пространственной области.