Перемінне магнітне поле

Обговоримо, нарешті, останню групу експериментів, пов’язаних з «перетворенням магнетизму в електрику». У замкнутому провіднику, вміщеному в змінне магнітне поле, також виникає електричний струм. Це явище може бути зведене до розглянутим вище, якщо стати на точку зору теорії блізкодействія. Нагадаємо, в застосуванні до електромагнітних явищ ця теорія стверджує, що переносником взаємодій є реально існуюче електромагнітне поле, як об’єктивна реальність, як вид матерії. Два електрично заряджених тіла безпосередньо не взаємодіє між собою: один заряд (як джерело) створює електромагнітне поле, яке впливає на інший заряд (який виступає в ролі приладу, реєструючого наявність поля). Тобто другий заряд-приймач «відчуває», сприймає те поле, яке існує в тій малій області простору, де він безпосередньо знаходиться. Зміна положення або величини заряду-джерела приведе до зміни сили, що діє на приймач не миттєво, а через деякий проміжок часу, який буде потрібно, щоб зміна (обурення) поля поширилося від одного заряду до іншого. Аналогічні міркування можна провести і для магнітних взаємодій. Іншими словами будь-який прилад, реєструючий характеристики електромагнітного поля сприймає поле тільки в тій області, де він знаходиться. Причина цього полягає не в недоліках, недосконалість приладів, а в самих властивостях електромагнітного поля – немає принципової можливості однозначно визначити характеристики джерел поля з вивчення параметрів поля в обмеженій області простору в обмежений проміжок часу. Найпростіший приклад: в «чорному ящику» знаходиться джерело магнітного поля. Вивчаючи характеристики поля поза ящика, ми ніякими методами не можемо сказати, що знаходиться в ящику – постійний магніт, або котушка, по якій протікає електричний струм.

Поетичним вираженням цього положення є відома рядок «… як світло згаслих зірок доходить». Спостерігаючи (досліджуючи якими найдосконалішими приладами) світло далекої зірки (тобто електромагнітне поле, випущене багато років тому) ми не можемо сказати, де ця зірка знаходиться «зараз», чи існує вона «зараз» [2].

Узагальнюючи дані міркування, можна сформулювати один з основних принципів теорії електромагнітного поля: властивості електромагнітних полів проявляються локально, наприклад, змінюється в даній точці [3] магнітне поле призводить до виникнення електричного поля в цій же точці.

Розглянемо ще раз металеве кільце, щодо якого рухається постійний магніт (Мал. 118). ЕРС індукції та її наслідки (електричний струм, нагрівання провідника і т.д.) визначаються вектором індукції поля в точках кільця і ​​його залежністю від часу B⃗ (r⃗, t) B → (r →, t). Просторова структура магнітного поля залежать від властивостей постійного магніту (його формою, розмірами, намагніченістю). Залежність цього поля від часу в точках кільця визначається зміною положення магніту – його координатою як функцією часу z (t). Нехай тепер магнітне поле створюється електричним струмом в нерухомій котушці. В принципі можливо (закони фізики цього не забороняють) створити таку котушку і так змінювати силу струму в ній I (t), щоб у всіх точках кільця магнітне поля змінювалося так само, як і магнітне поле, створене рухомим постійним магнітом. Чи будуть в цих двох різних випадках відрізнятися характеристики ЕРС і електричного струму в кільці? З погляду теорії близкодействия – ні! Кільце і містяться в ньому заряджені частинки «не можуть знати» чому змінюється чинне на них електромагнітне поле: або через рух магніту, або через зміни сили в нерухомій котушці.

Таким чином, ми зобов’язані зробити висновок – змінюється магнітне поле створює вихрове електричне поле, не залежно від причини, що викликає зміна магнітного поля. Причому характеристики вихрового електричного поля однозначно визначаються законом зміни магнітного поля. Отже, і в цьому випадку залишається справедливою колишня формулювання закону електромагнітної індукції – ЕРС індукції в контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через контур.

З енергетичної точки зору і в цьому випадку все обстоит «благополучно»: виникає в контурі електричний струм створює магнітне поле, индуцирующее в первинному ланцюзі ЕРС, спрямовану проти ЕРС джерела, змушуючи тим самим його здійснювати велику роботу. Строгий розрахунок показує, що ця додаткова робота в точності дорівнює енергії індукованого струму.

Посилання на основну публікацію