12844-1 (Электромагнитное поле), страница 2

соответственно, плотность электромагнитной массы:

m = m₀D²(1 + v²/c²)/2,

где e₀ и m₀ - электрическая и магнитная постоянные e₀m₀ = 1/c². Если же электрический поток ориентирован продольно движению, то в нем магнитная индукция и, соответственно, магнитная энергия не возникают:

B = m₀[vD] = m₀vD sin a,

где a - угол между направлением движения и вектором D. Таким образом, если рассматривать магнитную энергию как кинетическую энергию движущегося электрического потока, то надо учитывать, что она также зависит от ориентации электрического потока относительно направления движения. Плотность энергии магнитного потока:

w = mv² sin²a,

где m - плотность массы электрического потока, v - скорость движения, соответственно, энергия магнитного потока:

W_м = M_эv² sin²a,

где M_э - масса электрического потока. Т.е. магнитную энергию можно трактовать как кинетическую энергию движущихся электрических потоков. Например, у движущегося заряженного шара, где электрическая индукция имеет как продольную, так и поперечную ориентацию, магнитная энергия равна:

W_м = M_эv² ·2/3.

«Благодаря наличию магнитного поля энергия шара увеличилась на величину W_м. Это увеличение можно трактовать как увеличение кинетической энергии ...»

Общий курс физики. Электричество. Д.В.Сивухин. 1996. Т.3. Ч.2. С.61.

Плотность магнитной энергии вокруг движущегося заряда:

w = B²/2m₀ = (m₀vq sin a/4pr²)²/2m₀ = m₀v²q² sin²a/32p²r⁴.

Впереди и позади движущегося заряда магнитная (кинетическая) энергия отсутствует, так как движущиеся продольно ориентированные электрические потоки не обладают магнитной индукцией.

Полевая материя, так же как и вещественная, обладает массой, но их кинетическая энергия, которая связана с движением массы, вычисляется по-разному. Для движущегося электрического потока кинетическая энергия вычисляется по формуле W_к = M_эv² sin²a, а не по формуле W_к = M_эv²/2, так как необходимо учитывать угол между направлением движения и вектором D. Также необходимо учитывать, что, когда электрический заряд, например, под действием электрического поля начинает двигаться, то энергия (масса) потенциального электрического поля заряда уменьшается, так как энергия переходит в вихревые электрические и магнитные поля. При приближении к скорости света энергия (масса) электрического поля почти вся становится вихревой, а при скорости света потенциальная энергия (масса) электрического поля вообще отсутствует. Например, если поперечный электрический поток движется со скоростью света, то энергия вихревого магнитного поля равна W_м = M_эc², т.е. равна энергии электрического потока, который является полностью вихревым.

Хотя из электродинамики следует, что магнитное поле образовано движущимися электрическими потоками и связанными с ними токами смещения, в учебной литературе эти вопросы почти не рассматриваются. Преподавание электродинамики без рассмотрения процессов, связанных с движением полевых потоков, не дает последовательного представления о физической природе магнетизма и приводит к простому заучиванию формул и правил. Максвелл не зря ввел токи электрического смещения для рассмотрения электродинамических процессов, но в учебной литературе о токах смещения, возникающих при движении электрических зарядов и электромагнитных волн, почти не упоминается. Например, ни в одном учебнике даже нет рисунка, где наглядно, в виде линий, указывающих направление тока, был бы изображен ток электрического смещения вокруг движущегося заряда. Также нигде не говорится, что для токов смещения, как и для полевых потоков, действует принцип суперпозиции и, соответственно, нет ни одного примера, где бы рассматривалось сложение в пространстве токов смещения от нескольких движущихся зарядов на основе этого принципа. Говоря о дискретности энергии электромагнитных волн (фотонов), как бы забывают, что вся энергия электромагнитных волн - это энергия движущихся электрических и магнитных потоков, которые также дискретны, соответственно, дискретны и токи смещения. О том, что энергию отдельных фотонов, согласно электродинамике, можно рассчитывать, исходя из дискретности потоков, - вообще не упоминается.

«... плотность энергии электромагнитного поля складывается из плотностей энергии электрического и магнитного полей.»

Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.258.

«Релятивистская природа магнетизма является универсальным физическим фактом, и его происхождение обусловлено отсутствием магнитных зарядов.»

Электромагнетизм. И.Е.Иродов. 2000. С.225.

«Таким образом, появление магнитного поля токов есть чисто релятивистский эффект и никакой новой физической субстанции (например, в виде магнитных зарядов) появляться не должно, что и подтверждается экспериментально.»

Основы физики. Л.А.Грибов, Н.И.Прокофьев. 1995. С.299.

Таким образом, магнитные потоки - это всего лишь движущиеся электрические потоки, а магнитную энергию можно рассматривать как кинетическую энергию движущихся электрических потоков (кинетическая энергия, так же как и магнитная, представляет релятивистский эффект). Можно считать, что магнитный поток - это одна из форм проявления электрического потока, т.е. при движении электрического потока у него появляется такое физическое свойство, как магнитная индукция. Тело при движении обладает кинетической энергией, также и электрический поток при движении обладает магнитной энергией (магнитным полем B = m₀[vD]), т.е., если тело остановилось, то исчезает и кинетическая энергия, также, если электрический поток остановился, то исчезает и магнитная энергия. Получается, что, если рассматривать магнитные поля естественным образом в виде движущихся электрических потоков, то становится понятно, почему при изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Движущийся электрический поток с изменяющейся плотностью - это и есть вихревой электрический поток. Вихревое электрическое поле возникает при изменении плотности или скорости движущегося электрического потока (потока электрического смещения), т.е. когда в пространстве происходит изменение плотности тока электрического смещения, так как движущиеся электрические потоки представляют токи смещения.

«Всякое возмущение в пространстве распространяется со скоростью не выше скорости света. В частности, электрическое поле при смещении точечного заряда не просто переместится вместе с зарядом, как в случае бесконечно большой скорости распространения поля, а меняется более сложным образом. Возникают эффекты, связанные с запаздыванием появления поля на больших расстояниях от заряда, которые могут быть описаны введением индукции магнитного поля.»

Основы физики. Л.А.Грибов, Н.И.Прокофьев. 1995. С.300.

Т.е. согласно электродинамике, при движении точечного заряда вместе с ним перемещается поток электрического смещения (электрический поток). При этом, исходя из принципа суперпозиции полей, электрический поток перемещается вместе с зарядом независимо от того, движется заряд самостоятельно или по проводнику в окружении других зарядов. При движении заряда возникают эффекты, связанные с запаздыванием распространения электрического смещения поля, т.е. в пространстве возникают распространяющиеся смещения поля, которые обладают энергией, для их описания вводится индукция магнитного поля.

Иногда ошибочно считается, что электрическое поле (поток) - это также релятивистский эффект D = e₀[vB] (E = [vB]), где B - плотность магнитного потока (магнитная индукция), v - скорость движения магнитного потока, D - плотность электрического потока (электрическая индукция), e₀ - электрическая постоянная.

« E = [vB] »

Электромагнетизм. И.Е.Иродов. 2000. С.224.

Если в формуле преобразования полей заменить напряженность на индукцию (в вакууме D = e₀E), то получим D = e₀[vB]. При этом возникающая электрическая индукция всегда поперечна движению. Для наглядности сформулирую правило возникновения электрической индукции (вихревого электрического поля) для прямолинейного движения: если ладонь правой руки расположить так, чтобы четыре пальца указывали направление движения магнитного потока, а вектор B входил в ладонь, тогда отставленный большой палец укажет направление вектора D. Данное правило применимо только для прямолинейного движения, в других случаях оно не всегда действует (например, правило для силы Лоренца действует всегда, т.е. как для прямолинейного, так и для кругового движения заряда).

«Скажем, уже вопрос о силе, действующей на заряд со стороны движущегося магнитного поля, не имеет сколько-нибудь точного содержания.»

Электромагнетизм. И.Е.Иродов. 2000. С.226.

Экспериментально установлено, что возникновение вихревого электрического поля не связано с движением магнитного поля, таким образом, его нельзя рассматривать как релятивистский эффект. Согласно электродинамике, для возникновения вихревого электрического поля (потока) необходимо изменение магнитного поля (потока) U = dФ_m/dt, а не движение магнита. Т.е., если при движении магнита изменяется магнитное поле, то, соответственно, возникает вихревое электрическое поле. Если же движение не приводит к изменению магнитного поля, то, соответственно, и не возникает вихревое электрическое.

«... по закону электромагнитной индукции переменное магнитное поле всегда порождает вихревое электрическое ...»

Энциклопедия элементарной физики. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

Таким образом, электрическая напряженность поля в виде вихревого электрического потока возникает не от движения магнита, а от изменения в пространстве магнитного потока, например, вокруг переменного электромагнита. Без изменения в пространстве магнитного потока вихревое электрическое поле не возникает, даже если магнит движется. Например, при вращательном движении цилиндрического магнита с осью вращения, проходящей через полюса, вихревое электрическое поле не возникает, так как плотность магнитных потоков (полей) в пространстве не изменяется. Если же вращать электрически заряженный цилиндр, то круговое движение электрических потоков создает магнитное поле B = m₀[vD], хотя плотность электрических потоков (полей) в пространстве не изменяется. Магнитное поле возникает при любом движении заряженных тел, как при прямолинейном, так и при круговом, поэтому его можно рассматривать как релятивистский эффект. Надо заметить, что нельзя изменить электрическое поле без движения электрических потоков, поэтому также можно сказать, что магнитное поле возникает и при изменении плотности электрических потоков, так как при этом всегда происходит их движение. Магнитные потоки возникают от движения электрических потоков, а вихревые электрические потоки - от изменения магнитных потоков, т.е., пользуясь формулами преобразования полей, надо это учитывать. Например, при вращательном движении цилиндрического магнита с осью вращения, проходящей через полюса, магнитная сила на покоящийся заряд не действует. Если же, наоборот, заряд будет двигаться вокруг покоящегося магнита, то на заряд будет действовать магнитная сила Лоренца, т.е. движение в электродинамике не является относительным. Рассмотрим этот пример более наглядно. Возьмем два цилиндра, один из которых имеет электрический заряд, а другой представляет собой постоянный магнит. Посадим их на одну ось, проходящую через центр цилиндров, как изображено на рисунке. Если вращать только магнит, то между цилиндрами магнитная сила возникать не будет. Если же, наоборот, вращать только заряженный цилиндр, то между цилиндрами будет возникать магнитная сила, так как заряженный цилиндр будет своим вращением создавать круговой электрический ток и, соответственно, магнитное поле. Если же два цилиндра вращать одновременно (синхронно и в одном направлении), то в зависимости от направления вращения цилиндры будут либо притягиваться, либо отталкиваться, т.е. в электродинамике нет симметрии между правым и левым вращением относительно полевого пространства.

.-------. .-------.

| + + + | | |