نگاه كردن بخش قبلیتجلی جریان الکتریکی، اشاره شد که همراه با اثرات حرارتی و شیمیایی، جریان الکتریکی حضور آن را با وقوع پدیده های مغناطیسی نشان می دهد.
علائم ذکر شده معادل نیستند. برای مثال، دگرگونی های شیمیایی در هادی هایی که پهنا دارند کاملاً وجود ندارد استفاده عملی. در دمای پاییندر همان هادی ها، تجلی حرارتی جریان کاملاً صاف است. اما اثرات مغناطیسی تحت هر شرایطی باقی می ماند، زیرا میدان مغناطیسی شرط ضروری برای وجود هر سیستم بارهای الکتریکی متحرک است.
برنج. 2.1. میدان مغناطیسی: 1 - هادی مستقیم. 2 - سیم پیچ با جریان; 3 - سه دور با جریان;
4 - کویل های جریان
برای توزیع میدان مغناطیسیبا این حال، درست مانند برق، وجود هیچ رسانه ای لازم نیست. میدان مغناطیسی می تواند در فضای خالی وجود داشته باشد.
تعیین ماهیت یک میدان مغناطیسی معمولاً بر اساس بحث در مورد آن انجام می شود ویژگی های متمایز کنندهاز فضای معمولی
در ابتدا، چنین تفاوت هایی به دلیل آرایش عجیب و غریب براده های فولادی که در نزدیکی هادی هایی که جریان الکتریکی از آن عبور می کرد ریخته می شد، مشاهده شد.
برنج. 2.2. میدان مغناطیسی شیر برقی و حلقوی
در شکل 2.1، 2.2 خطوط میدان مغناطیسی در حال ظهور را در نزدیکی هادی ها نشان می دهد اشکال مختلف.
خطوط میدان مغناطیسی یک هادی مستقیم دایره های متحدالمرکز را تشکیل می دهند. وقتی دو یا چند پیچ در کنار هم قرار می گیرند، فیلدهای هر پیچ با هم همپوشانی دارند
در مورد یک دوست، در این مورد می توان در نظر گرفت
به این معنی است که هر نوبت به یک منبع جریان متصل است.
در طی آزمایشات، مشخص شد که یک بار الکتریکی ساکن با میدان مغناطیسی برهمکنش نمی کند. نیروهای جاذبه و دافعه بین آنها ظاهر نمی شود، با این حال، اگر بار یا آهنربا به حرکت درآید، بلافاصله یک نیروی برهمکنش بین آنها ظاهر می شود و تمایل به چرخش آنها دارد.
برنج. 2.3. قانون تعیین جهت میدان مغناطیسی
قدرت تعامل به سرعت نسبی حرکت و جهت نسبی حرکت بستگی دارد. خطوط بسته نیرو در اطراف بارهای متحرک ظاهر می شوند که بردارهای نیروهای مغناطیسی حاصل به صورت مماسی جهت می گیرند.
خطوط نیروی متحدالمرکز کل مسیر بارهای متحرک را پوشش خواهند داد، همانطور که با الگوی آرایش براده های فولادی در اطراف یک هادی مستقیم حامل جریان مشهود است (شکل 2.1). تصویر خطوط نیرو نشان می دهد که خطوط عمل نیروهای مغناطیسی در صفحه ای عمود بر جهت جریان جریان قرار دارند. جهت میدان مغناطیسی معمولاً توسط قانون گیملت تعیین می شود (شکل 2.3).
اگر جهت انتقال پیچ با جهت جریان در هادی منطبق باشد، جهت چرخش سر پیچ یا پیچ چوب پنبه با جهت خطوط میدان مغناطیسی مطابقت دارد. می توانید از قانون دیگری استفاده کنید. اگر به جهت جریان نگاه کنید، خطوط مغناطیسی در جهت حرکت در جهت عقربه های ساعت هدایت می شوند.
به ویژه باید توجه داشت که حرکات مورد مطالعه در چارچوب الکترودینامیک با حرکات مکانیکی متفاوت است. حرکت مکانیکی تغییر در موقعیت نسبی اجسام نسبت به یکدیگر یا نسبت به یک سیستم مرجع انتخابی را مشخص می کند.
جریان الکتریکی با حرکت حامل های بار همراه است، اما پدیده وقوع جریان را نمی توان به تنهایی به حرکت حامل های بار تقلیل داد. واقعیت این است که ذرات باردار همراه با میدان الکتریکی خود و حرکت حرکت می کنند میدان الکتریکیبه نوبه خود، ظهور میدان مغناطیسی را آغاز می کند.
در این راستا، در اصل، جریان الکتریکی با یک میدان مغناطیسی همراه است. شدت این میدان در هر نقطه از فضا با شدت جریان متناسب است. این یک عقیده ثابت است که یک میدان مغناطیسی را نمی توان به طور جداگانه و مستقل از جریان الکتریکی به دست آورد.
میدان های مغناطیسی اجسام مغناطیسی شده، به عنوان مثال، آهنرباهای طبیعی نیز به دلیل ویژگی های جریان درون اتمی آنها دارای چنین خواصی هستند. وقوع میدان های مغناطیسی به ویژگی های فیزیکی هادی مربوط نمی شود، بلکه صرفاً با قدرت جریان عبوری از آنها تعیین می شود.
از نقطه نظر مغناطیس، اصطلاح "قدرت جریان" به طور کامل برای شرایط کافی نیست. مقدار فعلی (این بیشتر است تعریف خاص) در واقع می توان هم سرعت انتقال مقدار شارژ و هم جریان تعیین شده ریاضی را در نظر گرفت. از طرف دیگر، بزرگی جریان به طور منحصر به فرد میدان مغناطیسی جریان را تعیین می کند، یعنی. تصویر پیچیده ای از حرکات واقعی ذرات باردار را ترکیب می کند.
بر اساس تعمیم حقایق تجربی متعدد، قانونی به دست آمد که مقدار نیروی (نیروی لورنتس) را که بر باری در حال حرکت در میدان مغناطیسی وارد می‌شود، کمیت می‌کند.
Fl = q(v x H
که در آن q بار الکتریکی، v بردار سرعت بار، B بردار القای مغناطیسی است که معنای فیزیکی آن در زیر تعریف خواهد شد. معادله نیروی لورنتس را می توان به شکل اسکالر r نوشت
Fl = qvBsin(V;B).
اجازه دهید بعد القای مغناطیسی را با حل معادله نیروی لورنتس نسبت به B تعیین کنیم.
B = H [v] = 1H 1s = -H- = Tl. qv 1Kd - 1m A - s
واحد القای میدان مغناطیسی تسلا نام دارد. تسلا مقدار نسبتاً زیادی است، در شرایط آزمایشگاهیبا تلاش های ویژه می توان میدان های مغناطیسی با B = 8 - 10 T را به دست آورد، اگرچه در طبیعت میدان هایی با بسیار بالاتر وجود دارد. اندازه بزرگترالقاء
برنج. 2.4. نیکولا تسلا
نیکولا تسلا در سال 1856 در کشوری به دنیا آمد که تا همین اواخر یوگسلاوی نام داشت و اکنون کرواسی است. شایعات مداومی وجود داشت که تسلا یک روشن بین است و توانایی های ماوراء الطبیعه مختلفی دارد.
بیشتر از همه در دنیای واقعیاو در جوانی با ایجاد یک مولد جریان متناوب به شهرت رسید و بدین ترتیب امکان استفاده گسترده از برق را برای بشریت فراهم کرد. او در اختراع خود، تمام ایده های پیشرفته الکترودینامیک را شکست.
در یک مرحله خاص بیوگرافی خلاقانهسرنوشت این دانشمند و مخترع با استعداد را با ادیسون که به خاطر اختراعات فراوانش مشهور شد، همراه کرد. با این حال، اتحادیه خلاق به نتیجه نرسید.
ادیسون که در صنعت برق صنعتی مشغول بود، شرط اصلی خود را روی آن گذاشت دی سی، در حالی که برای جوان اسلاو آشکار بود که آینده است جریان متناوب، چیزی است که ما اکنون مشاهده می کنیم.
در پایان، ادیسون، برای استفاده از زبان عامیانه مدرن، تسلا را "دفع" کرد. او با دستور به او برای اختراع یک ژنراتور جریان متناوب الکتریکی، قول 50 هزار دلار به عنوان پاداش در صورت موفقیت را داد. ژنراتور ایجاد شد، اما هیچ پاداشی وجود نداشت.
علاوه بر این، ادیسون به فقدان حس «طنز آمریکایی» تسلا اشاره کرد. علاوه بر این، ادیسون با تکیه بر قدرت خود، آسیب عظیم جریان متناوب را برای سلامتی انسان منتشر کرد. ادیسون چه داستان نویسی بود. او برای تایید ترس خود، سگ را با جریان متناوب علنا کشت. اگر چه با جریان مستقیم چنین اثری به راحتی قابل دستیابی است.
لازم به ذکر است که خود تسلا دلایلی را برای نگرش محتاطانه نسبت به خود بیان کرد، او مدعی شد که برخی از تمدن های بیگانه با او در تماس بوده و پیام هایی را برای او ارسال می کنند.
علاوه بر این، تسلا ادعا کرد که دستگاه هایی دارد که می تواند به سرعت سن افراد را تغییر دهد. با وجود بحث برانگیز، از نقطه نظر علم مدرنبرخی از اظهارات تسلا، او یک متخصص بزرگ در زمینه الکترودینامیک، پیش از زمان خود بود.
برنج. 2.5. حرکت الکترون در میدان مغناطیسی یکنواخت
در (V;B)
= 1.
می توان دید که نیروی لورنتس همیشه عمود بر سرعت ذره است، یعنی. کار نمی کند، که نشان دهنده تغییر ناپذیری است انرژی جنبشیذرات در حین حرکت نیروی لورنتس فقط جهت بردار سرعت را تغییر می دهد و به ذره شتاب طبیعی می دهد.
هنگامی که یک ذره در ترکیبی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی حرکت می کند، نیروی کل به شکل نیروی کولن و نیروی لورنتس از طرف آنها ظاهر می شود.
F = qE + q(v x b) = q.
برخی از جنبه های مکانیکی حرکت یک ذره باردار در میدان مغناطیسی را با جزئیات بیشتری در نظر بگیرید.
اجازه دهید یک الکترون با بار e به یک میدان مغناطیسی (شکل 2.5) عمود بر بردار القایی پرواز کند، یعنی. VГB، که در نهایت منجر به حرکت در دایره ای با شعاع ثابت R خواهد شد. در این مورد
برای حرکت الکترونی که در مدار دایره ای ساکن باشد، می توانیم قانون دوم نیوتن را بر اساس برابری مدول های نیروی لورنتس و نیروی ناشی از شتاب طبیعی ذره بنویسیم.
Fl = evB، گناه
mev
2
= evB.
آر
شتاب زاویه ای برابر خواهد بود
= v = eB
yu=r=mz
دوره مداری الکترون به صورت تعیین می شود
T = 2n 2nm،
yu eB
در مورد حرکت الکترون در امتداد خطوط القایی، نیروی لورنتس برابر با صفر خواهد بود، زیرا sin(v; в) = 0، یعنی. حرکت مستقیم و یکنواخت خواهد بود.
میدان بار نقطه ای الکتریکی در حالت سکون در خلاء یا هوا، همانطور که مشخص است، با این معادله تعیین می شود.
rqr
E=-
4ns0r
اجازه دهید سعی کنیم آخرین معادله را با استفاده از روش های نظریه ابعادی در رابطه با القای میدان مغناطیسی اصلاح کنیم، که برای آن مقدار اسکالر بار q را با بردار qv جایگزین می کنیم.
q(v x r)
ب
4ns0e
برای اینکه ابعاد سمت راست و چپ معادله منطبق شوند، لازم است سمت راستتقسیم بر مربع سرعت معین، که منطقی است از مربع سرعت نور استفاده کنیم - c2
B=
q(v x r) 4nc2s0r3
اجازه دهید ثابت بعدی p0 را معرفی کنیم که ثابت مغناطیسی نامیده می شود و در سیستم SI همان نقش s0 را ایفا می کند فرمول های الکترواستاتیک، یعنی واحدهای مغناطیسی را با کمیت های مکانیکی ترکیب می کند
1
Р 0s0 = -. با
0 9-10-12 - 9-1016 A A
اجازه دهید معادله بردار القای مغناطیسی را با در نظر گرفتن روابط به دست آمده r بازنویسی کنیم
B P0q (v x g)
4nr3
این معادله را نمی توان به عنوان یک مبنای بدون قید و شرط به دست آورد. مبنای نظری، از بسیاری جهات ماهیت شهودی دارد، اما با کمک آن می توانید نتایجی را به دست آورید که کاملاً توسط آزمایش تأیید می شود.
اجازه دهید رسانایی با شکل دلخواه را در نظر بگیریم که از طریق آن جریان مستقیمی به بزرگی I می گذرد. در طول زمان dt، بار الکتریکی به قدر از این بخش عبور می کند
q = e - ne - s - dl، که در آن n غلظت الکترون است، s - سطح مقطعهادی، e بار الکترون است.
اجازه دهید معادله بار را با معادله آهنربا جایگزین کنیم
f 12.56 -10-
Tl - m
7
القای رشته
1
1
Tl - m
6
f4p-10-
Р0 =-
| | |
| | ay 7 |
| dl | |
برنج. 2.6. میدان مغناطیسی یک عنصر جریان
دسی بل =
dl (v x g)
р0 enesdHy x r
„3
4p r"
مقدار جریان در یک هادی را می توان به صورت زیر نشان داد
من = انسو،
که دلیلی برای نوشتن معادله به شکل می دهد
dB P0 Idl (d1 x g)
4p r3'
ماژول بردار القایی ابتدایی به صورت تعیین خواهد شد
dB Рр Id1 sin(d 1 x r)
4p r2
معادله به دست آمده با آزمایش های بیوت و ساوارت که به عنوان یک قانون توسط لاپلاس فرموله شد، مصادف شد. این قانون، قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس، مقدار القای مغناطیسی را در هر نقطه از میدان ایجاد شده توسط جریان ثابتی که از یک هادی عبور می کند، تعیین می کند.
در رابطه با بردار القای مغناطیسی، اصل برهم نهی معتبر است، یعنی افزودن القاء اولیه از بخش های مختلف یک رسانا با طول معین. ما کاربرد قانون را در مورد هادی های اشکال مختلف نشان خواهیم داد.
یک تصویر کیفی از میدان مغناطیسی در مجاورت یک هادی مستقیم در شکل 1 نشان داده شده است. 2.1، 2.3، ما تخمین های کمی از میدان مغناطیسی انجام خواهیم داد. اجازه دهید یک نقطه دلخواه A را در مجاورت هادی انتخاب کنیم (شکل 2.7) که در آن، با استفاده از قانون Biot-Savart-Laplace، ولتاژ dB از عنصر dl را تعیین می کنیم.
ts0 Isin adl
دسی بل =
برنج. 2.7. هادی مستقیم حامل جریان
4p گرم
اگر تمام طول هادی به تعداد نامتناهی بخش ابتدایی تقسیم شود، متوجه می‌شویم که جهت بردارهای القاء ابتدایی با جهت مماس‌ها به دایره‌های ترسیم شده در نقاط مربوطه فضا منطبق است. صفحات متعامد به هادی.
این زمینه را برای ادغام معادله dB برای بدست آوردن مقدار کل القاء فراهم می کند
ц0I r sin adl 4n _ [ r2
مبدل کردن l
اجازه دهید مقدار r و sina را از طریق متغیر veg = V R2 +12 بیان کنیم،
آر
گناه a =
l/R2 +12
اجازه دهید مقادیر بدست آمده از r و sina را با انتگرال جایگزین کنیم
B=
PgIR
4p
dl
V(r2 +12) '
C 0I
PgIR
B=
4n rAr2 +12 2nR
توجه به این نکته ضروری است که معادله حاصل شبیه معادله قدرت میدان الکتریکی یک رسانای باردار است.
E = --.
2ns0R
علاوه بر این، بردار شدت میدان الکتریکی به صورت شعاعی هدایت می شود، یعنی عمود بر بردار القایی در همان نقطه است.
محل خطوط القای مغناطیسی یک سیم پیچ با جریان در شکل 1 نشان داده شده است. 2.8. اجازه دهید ارزیابی کمی از این زمینه را با استفاده از روش شناسی زیربخش قبلی به دست آوریم. شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط عنصر هادی dl در محور دلخواه جریان دایره ای به صورت تعیین می شود.
dB -ЪД1،
4p گرم
در این حالت a = n/2، بنابراین، sina = 1. اگر بردار القاء ابتدایی dB به صورت دو جزء dBx و dBy نمایش داده شود، مجموع همه اجزای افقی برابر با صفر خواهد بود، به عبارت دیگر. ، برای حل مسئله لازم است مولفه های عمودی dBy را جمع کنیم
B = f dBy.
dB = dBcos a =
M R 4n Vr2
"2 + h2
قبل از ادغام معادله، لازم است به این نکته توجه شود
i dl = 2nR.
-dl.
R2
Po1
1
Po1
B=
2R
2
2 \3
^ ساعت
1+ -D R2
بدیهی است که در مرکز پیچ، جایی که h = 0 است
B = P 0I
h=0 2R
در فاصله زیاد از صفحه سیم پیچ h gt;gt; R، یعنی
l(nR2)
B ~ pо1 R ~ po
_ 2R h3 _ 2nh3 "
حاصل ضرب مقدار جریان و مساحت چرخش ممان مغناطیسی نامیده می شود.
جلد
Pm = I 2nR2.
بیایید با در نظر گرفتن مقدار گشتاور مغناطیسی، معادله القایی را بازنویسی کنیم
B~P0Pm
_2nh3"
برنج. 2.9. میدان مغناطیسی شیر برقی
اجازه دهید کاربرد قانون مورد بحث را در مورد سیم پیچ های مستقیم و شیر برقی بلند در نظر بگیریم. شیر برقی یک سیم پیچ استوانه ای با تعداد زیادیبه N تبدیل می شود و یک مارپیچ در فضا تشکیل می دهد.
با آرایش به اندازه کافی نزدیک از پیچ ها به یکدیگر، شیر برقی را می توان به عنوان یک مجموعه نشان داد تعداد زیادیجریان های دایره ای (شکل 2.9)، که دلیلی بر این باور است که میدان یکنواخت است فضای داخلی.
اجازه دهید میدان مغناطیسی داخل شیر برقی را به صورت کمی تخمین بزنیم، که برای آن معادله قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس را در رابطه با یک عنصر شیر برقی به طول dh می نویسیم.
R2
Po1
dh.
2
dB = N
بیایید معادله را در کل طول شیر برقی h ادغام کنیم
h=”
^(R2 + h2)3
اگر شیر برقی بی نهایت طولانی در نظر گرفته شود، معادله ساده می شود
B = p0NI.
آمپر و بسیاری از پیروانش به طور تجربی ثابت کردند که هادی های حامل جریان (حامل بار متحرک) توسط نیروهای مکانیکی ناشی از حضور یک میدان مغناطیسی وارد عمل می شوند.
این عمل را می توان به صورت کمی توصیف کرد. اگر سطح مقطع هادی S باشد و طول آن در جهت جریان l باشد، بار الکتریکی متمرکز می شود.
2 R2aJ (R2 + h2)
Np 0IR2
B=
Np 0IR2 2
dh
ساعت
dV = Sdl در یک حجم ابتدایی با تعداد متمرکز تعیین می شود
حامل های بار موجود در آن، به ویژه الکترون ها
dN = ndV = nSdl که بار الکتریکی کل آن به صورت تعیین می شود
dQ = qdN = qnSdl،
که در آن q بار حامل است، n غلظت حامل ها است. نیروی وارد بر قاب شبکه کریستالیدر عنصر هادی مورد بررسی، می توان از شرایط تعادل نیروهای الکتریکی و مغناطیسی تعیین کرد
quB = qE، ^E = Bu.
اجازه دهید سرعت رانش حامل های بار را بر حسب چگالی جریان عبوری از هادی بیان کنیم.
u = j، E = -Bj. qn qn
بنابراین نیروی اولیه مورد نظر را می توان به صورت زیر نشان داد
ب
dFA = EdQ = - j - qnSdl = IBdl.
qn
r در شکل برداری، نیروی وارد بر طول اولیه هادی d 1، که جریانی به بزرگی I از آن عبور می کند، توسط رابطه برداری تعیین می شود.
dFA = l(df X اینچ).
برنج. 2.10. تأثیر میدان مغناطیسی بر رسانای حامل جریان
در مورد یک هادی مستقیم، القای مغناطیسی در تمام نقاط فضا در تمام طول آن l، القای مغناطیسی ثابت خواهد بود، یعنی.
Fa = i(1 x b) ,
یا مطابق با تعریف محصول برداری rr
Fa = I1Bsin (l x V).
بدیهی است که بردار نیروی عاملبر صفحه ای که بردارهای 1 و B در آن قرار دارند عمود خواهد بود (شکل 2.10). معادله FA بیانی ریاضی از قانون آمپر است.
برنج. 2.11. برهمکنش دو هادی با جریان
قانون آمپر برای محاسبه اندرکنش دو هادی با جریان قابل اجرا است.
اجازه دهید جریان هایی با قدر I1 و I2 در یک جهت در امتداد دو هادی مستقیم بلند جریان داشته باشند (شکل 2.11). هادی با جریان I1 در ناحیه ای که هادی دیگری در آن قرار دارد میدان مغناطیسی با القاء ایجاد می کند
P 0I1
B1 =
2 nb
در این حالت، عنصر رسانای دوم در طول Al خود نیرویی با قدر را تجربه خواهد کرد
F21 = B1I2A1.
با ترکیب دو معادله آخر به دست می آید
p0I1I
-ال.
F2,1 =-
2 nb
در اطراف خود ایجاد می کند، پیچیده تر از آن چیزی است که مشخصه باری است که در حالت ساکن است. در اتر، جایی که فضا مختل نمی شود، بارها متعادل می شوند. بنابراین به آن خنثی مغناطیسی و الکتریکی می گویند.
بیایید رفتار چنین باری را به طور جداگانه در مقایسه با یک بار ثابت در نظر بگیریم و به اصل گالیله و در عین حال در مورد نظریه انیشتین فکر کنیم: واقعاً چقدر سازگار است؟
تفاوت بین بارهای متحرک و ثابت
یک بار شارژ، ثابت بودن، ایجاد می کند میدان الکتریکی، که می توان آن را نتیجه تغییر شکل اتر نامید. و یک بار الکتریکی متحرک هم الکتریکی ایجاد می کند و هم فقط توسط بار دیگری، یعنی آهنربا، تشخیص داده می شود. معلوم می شود که بارها در حالت سکون و در حال حرکت در اتر با یکدیگر معادل نیستند. هنگامی که یکنواخت است، شارژ منتشر نمی شود و انرژی خود را از دست نمی دهد. اما از آنجایی که بخشی از آن صرف ایجاد میدان مغناطیسی می شود، این بار انرژی کمتری خواهد داشت.
مثال برای درک راحت تر
توضیح این موضوع با یک مثال ساده تر است. اگر دو بار ثابت یکسان را بردارید و آنها را دور از یکدیگر قرار دهید تا فیلدها نتوانند برهمکنش داشته باشند، یکی از آنها به همان صورت باقی می ماند و دیگری جابه جا می شود. یک بار ثابت اولیه نیاز به شتاب دارد که میدان مغناطیسی ایجاد می کند. بخشی از انرژی این میدان صرف خواهد شد تابش الکترومغناطیسی، به فضای بینهایت هدایت می شود که در صورت توقف به عنوان خود القای بازگشت نخواهد بود. با کمک بخشی دیگر از انرژی شارژ، یک میدان مغناطیسی ثابت (با فرض سرعت شارژ ثابت) ایجاد می شود. این انرژی تغییر شکل اتر است. وقتی میدان مغناطیسی در آن باقی می ماند فرم دائمی. اگر دو بار را با هم مقایسه کنیم، بار متحرک انرژی کمتری خواهد داشت. همه اینها به خاطر بار متحرکی است که او باید برای آن انرژی صرف کند.
بنابراین، روشن می شود که در هر دو بار، حالت و انرژی بسیار متفاوت است. میدان الکتریکی بر روی بارهای ثابت و متحرک عمل می کند. اما دومی نیز تحت تأثیر میدان مغناطیسی است. بنابراین انرژی و پتانسیل کمتری دارد.
بارهای متحرک و اصل گالیله
وضعیت هر دو شارژ را می توان در حالت متحرک و ثابت نیز ردیابی کرد بدن فیزیکی، که هیچ ذره باردار متحرکی ندارد. و اصل گالیله را می توان در اینجا به طور عینی اعلام کرد: یک جسم فیزیکی و الکتریکی خنثی که به طور یکنواخت و در یک خط مستقیم حرکت می کند از جسمی که نسبت به زمین در حال سکون است قابل تشخیص نیست. به نظر می رسد که اجسام خنثی نسبت به الکتریسیته و اجسام باردار در حالت استراحت و حرکت خود را متفاوت نشان می دهند. اصل گالیله را نمی توان در اتر به کار برد و نمی توان آن را برای اجسام باردار متحرک و ساکن اعمال کرد.
عدم رعایت اصل برای بدنه های باردار
امروزه تئوری ها و آثار زیادی در مورد میدان هایی که بار الکتریکی متحرک ایجاد می کنند انباشته شده است. به عنوان مثال، هیوساید نشان داد که بردار الکتریکی تشکیل شده توسط یک بار شعاعی است. خطوط مغناطیسی نیرو که در حین حرکت توسط بار نقطه ای تشکیل می شوند دایره ای هستند و در مرکز آنها خطوط حرکتی وجود دارد. دانشمند دیگری به نام سرل، مشکل توزیع بار در یک کره در حال حرکت را حل کرد. مشخص شد که میدانی مشابه میدانی ایجاد می کند که توسط بار الکتریکی متحرک ایجاد می شود، علیرغم این واقعیت که دومی یک کره نیست، بلکه یک کروی فشرده است که در آن محور قطبی در جهت حرکت هدایت می شود. مورتون بعداً نشان داد که در یک کره برق‌دار در حال حرکت، چگالی روی سطح تغییر نمی‌کند، اما خطوط نیرو دیگر آن را در زاویه 90 درجه ترک نمی‌کنند.
انرژی اطراف کره با حرکت بیشتر از زمانی است که کره در حال استراحت است. این اتفاق می افتد زیرا علاوه بر میدان الکتریکی، یک میدان مغناطیسی نیز در اطراف کره متحرک ظاهر می شود، همانطور که در مورد بار وجود دارد. بنابراین، برای انجام کار، یک کره باردار به سرعت بیشتری نسبت به کره ای که از نظر الکتریکی خنثی است نیاز دارد. همراه با بار، جرم موثر کره نیز افزایش می یابد. نویسندگان مطمئن هستند که این به دلیل خود القای جریان همرفتی است که یک بار الکتریکی متحرک از ابتدای حرکت ایجاد می کند. بنابراین، اصل گالیله برای اجسام باردار با الکتریسیته غیرقابل دفاع شناخته می شود.
ایده های اینشتین و اتر
سپس مشخص می شود که چرا انیشتین مکانی را برای اتر در SRT اختصاص نداده است. از این گذشته، خود این واقعیت که وجود اتر را تشخیص می دهد، اصل هم ارزی سیستم های مرجع اینرسی و مستقل را از بین می برد. و این به نوبه خود اساس SRT است.
میدان الکتریکی- این شکل خاصماده ای که از طریق آن برهمکنش ذرات باردار الکتریکی رخ می دهد.
معرفی مفهوم میدان الکتریکی برای توضیح برهمکنش بارهای الکتریکی، یعنی برای پاسخ به این سؤالات ضروری بود: چرا نیروهایی ظاهر می شوند که روی بارها عمل می کنند و چگونه از یک بار به بار دیگر منتقل می شوند؟
مفاهیم میدان های الکتریکی و مغناطیسی توسط مایکل فارادی فیزیکدان بزرگ انگلیسی معرفی شد. طبق ایده فارادی، بارهای الکتریکی مستقیماً روی یکدیگر اثر نمی‌گذارند. هر یک از آنها در فضای اطراف ایجاد می کنند میدان الکتریکی. میدان یک بار روی بار دیگر عمل می کند و بالعکس. با دور شدن از شارژ، میدان ضعیف می شود.
با معرفی مفهوم میدان در فیزیک، نظریه برد کوتاهکه تفاوت اصلی آن با نظریه کنش دوربرد، ایده وجود فرآیند خاصی در فضای بین اجسام متقابل است که مدت زمان محدودی به طول می انجامد.
این ایده در آثار فیزیکدان بزرگ انگلیسی جی سی ماکسول تأیید شد، که از نظر تئوری ثابت کرد که فعل و انفعالات الکترومغناطیسی باید در فضا با سرعتی محدود منتشر شوند - بابرابر با سرعت نور در خلاء (300000 کیلومتر بر ثانیه). اثبات تجربی این گفته اختراع رادیو بود.
یک میدان الکتریکی در فضای اطراف یک بار ثابت به وجود می آید، درست همانطور که یک میدان مغناطیسی در اطراف بارهای متحرک - جریان یا آهنرباهای دائمی ایجاد می شود. میدان های مغناطیسی و الکتریکی می توانند به یکدیگر تبدیل شوند و یک میدان الکترومغناطیسی واحد را تشکیل دهند. میدان الکتریکی (مانند میدان مغناطیسی) فقط یک مورد خاص از میدان الکترومغناطیسی عمومی است. میدان های الکتریکی و مغناطیسی متناوب می توانند بدون بارها و جریان هایی که آنها را ایجاد کرده اند وجود داشته باشند. میدان الکترومغناطیسی مقدار معینی انرژی و همچنین تکانه و جرم را منتقل می کند. بنابراین، میدان الکترومغناطیسی یک موجود فیزیکی است که دارای خواص فیزیکی خاصی است.
بنابراین، ماهیت میدان الکتریکیبه شرح زیر است:
1. میدان الکتریکی مادی است و مستقل از آگاهی ما وجود دارد.
2. ویژگی اصلی میدان الکتریکیاثر آن روی بارهای الکتریکی با مقداری نیرو است. با این عمل حقیقت وجود آن ثابت می شود. عمل میدان بر روی شارژ واحد است قدرت میدان- یکی از ویژگی های اصلی آن است که به وسیله آن توزیع میدان در فضا بررسی می شود.
میدان الکتریکی بارهای ثابت نامیده می شود الکترواستاتیک. با گذشت زمان، تغییر نمی کند، به طور جدایی ناپذیری با بارهایی که آن را ایجاد می کند مرتبط است و در فضای اطراف آنها وجود دارد.
در اطراف هر هادی حامل جریان، یعنی. حرکت بارهای الکتریکی، یک میدان مغناطیسی وجود دارد. جریان را باید منبع میدان مغناطیسی دانست! در اطراف بارهای الکتریکی ساکن فقط یک میدان الکتریکی وجود دارد و در اطراف بارهای متحرک هم یک میدان الکتریکی و هم یک میدان مغناطیسی وجود دارد. هانس ارستد ()
1. میدان مغناطیسی فقط در نزدیکی بارهای الکتریکی متحرک رخ می دهد. 2. با دور شدن از هادی حامل جریان (یا بار متحرک) ضعیف می شود و نمی توان مرزهای دقیق میدان را مشخص کرد. 3. روی سوزن های مغناطیسی به روش خاصی عمل می کند. 4. انرژی دارد و خود را دارد ساختار داخلیکه با استفاده از خطوط میدان مغناطیسی نمایش داده می شود. خطوط مغناطیسی میدان مغناطیسی جریان، خطوط بسته ای هستند که یک هادی را در بر گرفته اند
اگر مدارهای دارای جریان به صورت سری در یک مکان در فضا وصل شوند، چنین تشکیلاتی را شیر برقی می نامند. میدان مغناطیسی در داخل شیر برقی متمرکز شده، در خارج پراکنده است و خطوط میدان مغناطیسی داخل شیر برقی موازی با یکدیگر هستند و میدان داخل شیر برقی همگن، در خارج از شیر برقی - ناهمگن در نظر گرفته می شود. با قرار دادن یک میله فولادی در داخل شیر برقی، یک آهنربای الکتریکی ساده بدست می آوریم. همه چیزهای دیگر برابر هستند، میدان مغناطیسی آهنربای الکتریکی بسیار قوی تر از میدان مغناطیسی سلونوئید است.
آیا قطب های مغناطیسی زمین با قطب های جغرافیایی منطبق هستند؟ آیا مکان قطب های مغناطیسی در تاریخ سیاره تغییر کرده است؟ محافظ قابل اعتماد حیات روی زمین در برابر پرتوهای کیهانی چیست؟ دلیل ظهور طوفان های مغناطیسی در سیاره ما چیست؟ ناهنجاری های مغناطیسی با چه چیزی مرتبط هستند؟ چرا سوزن مغناطیسی در هر نقطه از زمین جهت بسیار مشخصی دارد؟ او به کجا اشاره می کند؟
