Вокруг движущихся электрических зарядов существует. Магнитное поле, его свойства. Идеи Эйнштейна и эфир

Создает вокруг себя, является более сложным, чем то, что свойственно заряду, находящемуся в неподвижном состоянии. В эфире, где пространство не возмущено, заряды уравновешиваются. Поэтому он называется магнитно- и электрически нейтральным.

Рассмотрим более подробно поведение такого заряда отдельно, в сравнении с неподвижным, и подумаем о принципе Галилея, а вместе с тем и о теории Эйнштейна: насколько она состоятельна на самом деле?

Различие движущегося и неподвижного зарядов

Одиночный заряд, будучи неподвижным, создает электрическое поле, которое можно назвать результатом деформации эфира. А движущийся электрический заряд создает как электрическое, так и Он обнаруживается только другим зарядом, то есть магнитом. Получается, что покоящийся и движущийся заряды в эфире не эквивалентны друг другу. При равномерном и заряд не будет излучать и не будет терять энергию. Но так как часть ее тратится на создание магнитного поля, то энергии у этого заряда станет меньше.

Пример для облегчения понимания

Это легче представить на примере. Если взять два одинаковых неподвижных заряда и расположить их далеко друг от друга, чтобы поля не могли взаимодействовать, один из них оставят как есть, а другой будут перемещать. Для первоначально неподвижного заряда потребуется ускорение, которое будет создавать магнитное поле. Часть энергии этого поля уйдет на электромагнитное излучение, направленное в бесконечное пространство, которое уже не вернется в качестве самоиндукции при остановке. С помощью другой части зарядной энергии будет создаваться постоянное магнитное поле (при условии постоянной скорости заряда). Это энергия деформации эфира. При магнитное поле сохранится в постоянном виде. Если при этом сравнить два заряда, то у движущегося будет наблюдаться меньшее количество энергии. Всему виной движущегося заряда, на которое ему приходится тратить энергию.

Таким образом, становится понятным, что в обоих зарядах состояние и энергия сильно отличаются. Электрическое поле действует на неподвижные и на движущиеся заряды. Но на последний влияет и магнитное поле. Поэтому и энергия, и потенциал у него меньше.

Движущиеся заряды и принцип Галилея

Состояние обоих зарядов можно также отследить в подвижном и неподвижном физическом теле, которое не имеет движущихся заряженных частиц. И принцип Галилея здесь может быть объективно провозглашен: физическое и нейтральное к электричеству тело, которое двигается равномерно и прямолинейно, неотличимо от того, что находится в покое по отношению к Земле. Получается, что нейтральные к электричеству тела и заряженные проявляют себя по-разному в состоянии покоя и в движении. Принцип Галилея не может использоваться в эфире и не может применяться к подвижным и неподвижным заряженным телам.

Несостоятельность принципа для заряженных тел

Теорий и работ о тех полях, что создает движущийся электрический заряд, сегодня накопилось немало. К примеру, Хэвисайд показал, что электрический вектор, образованный зарядом, является радиальным повсюду. Силовые магнитные линии, которые образованы точечным зарядом при движении, являются кругами, а в их центрах находятся линии движения. Другой ученый, Серл, решил задачу о распределении заряда в сфере, пребывающей в движении. Было выяснено, что оно порождает поле, подобное тому, что и движущийся электрический заряд создает, несмотря на то что последний — не сфера, а сжатый сфероид, в котором полярная ось направлена в сторону движения. Позже Мортон показал, что в наэлектризованной сфере, пребывающей в движении, плотность на поверхности меняться не будет, однако силовые линии уже не будут ее покидать под углом в 90 градусов.

Энергия, окружающая сферу, становится больше при ее движении, чем в то время, когда сфера покоится. Это происходит потому, что кроме электрического поля, вокруг движущейся сферы также появляется магнитное поле, как и в случае с зарядом. Поэтому, чтобы выполнить работу, скорость для заряженной сферы потребуется большая, чем для той, что является нейтральной электрически. Вместе с зарядом возрастет и эффективная масса сферы. Авторы уверены, что это происходит из-за самоиндукции конвекционного тока, который движущийся электрический заряд создает с начала движения. Таким образом, принцип Галилея признается несостоятельным для заряженных электричеством тел.

Идеи Эйнштейна и эфир

Тогда становится понятным и то, почему Эйнштейн не выделял место эфиру в СТО. Ведь сам факт признания наличия эфира уже разрушает принцип, заключающийся в эквивалентности инерциальных и независимых систем отсчета. А он, в свою очередь, и является основой СТО.

Каждый проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле. Электрический же ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов. Поэтому можно сказать, что любой движущийся в вакууме или среде заряд создает вокруг себя магнитное поле. В результате обобщения опытных данных

был установлен закон, определяющий поле В точечного заряда Q , свободно движущегося с нерелятивистской скоростью v. Под свободным движением заряда понимается его движение с постоянной скоростью. Этот закон выражается формулой

где r - радиус-вектор, проведенный от заряда Q к точке наблюдения М (рис. 168). Согласно выражению (113.1), вектор В направлен перпендикулярно плоскости, в которой расположены векторы v и г, а именно: его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении от v к г. Модуль магнитной индукции (113.1) вычисляется по формуле

где а - угол между векторами v и r .

Сравнивая выражения (110.1) и (113.1), видим, что движущийся заряд по своим магнитным свойствам эквивалентен элементу тока:

I dl =Qv .

Приведенные закономерности (113.1) и (113.2) справедливы лишь при малых скоростях (v<

Формула (113.1) определяет магнитную индукцию положительного заряда, движущегося со скоростью v. Если движется отрицательный заряд, то Q надо заменить на -Q. Скорость v - относи-

тельная скорость, т. е. скорость относительно наблюдателя. Вектор В в рассматриваемой системе отсчета зависит как от времени, так и от положения точки М наблюдения. Поэтому следует подчеркнуть относительный характер магнитного поля движущегося заряда.

Впервые поле движущегося заряда удалось обнаружить американскому физику Г. Роуланду (1848-1901). Окончательно этот факт был установлен профессором Московского университета А. А. Эйхенвальдом (1863-1944), изучившим магнитное поле конвекционного тока, а также магнитное поле связанных зарядов поляризованного диэлектрика. Магнитное поле свободно движущихся зарядов было измерено академиком А. Ф. Иоффе, доказавшим эквивалентность, в смысле возбуждения магнитного поля, электронного пучка и тока проводимости.

§114. Действие магнитного поля на движущийся заряд

Опыт показывает, что магнитное поле действует не только на проводники с током (см. §111), но и на отдельные заряды, движущиеся в магнитном поле. Сила, действующая на электрический заряд Q , движущийся в магнитном поле со скоростью v, называется силой Лоренца и выражается формулой

F =Q [vB ], (114.1) где В - индукция магнитного поля, в котором заряд движется.

Направление силы Лоренца определяется с помощью правила левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор В, а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора v (для Q> 0 направления I и v совпадают, для Q <0-противоположны), то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на положительный заряд. На рис. 169 показана взаимная ориентация векторов v, В (поле направлено к нам, на рисунке показано точками) и F для положительного заряда. На отрицательный заряд сила действует в противоположном направлении.

Модуль силы Лоренца (см. (114.1)) равен

F=QvB sin,

где  - угол между v и В .

Отметим еще раз (см. § 109), что магнитное поле не действует на покоящийся электрический заряд. В этом существенное отличие магнитного поля от электрического. Магнитное поле действует только на движущиеся в нем заряды.

Так как по действию силы Лоренца можно определить модуль и направление вектора В, то выражение для силы Лоренца может быть использовано (наравне с другими, см. § 109) для определения вектора магнитной индукции В.

Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряженной частицы, поэтому она изменяет только направление этой скорости, не изменяя ее модуля. Следовательно, сила Лоренца работы не совершает. Иными словами, постоянное магнитное поле не совершает работы над движущейся в нем заряженной частицей и кинетическая энергия этой частицы при движении в магнитном поле не изменяется.

Если на движущийся электрический заряд помимо магнитного поля с индукцией В действует и электрическое поле с напряженностью Е , то результирующая сила F , приложенная к заряду, равна векторной сумме сил - силы, действующей со стороны электрического поля, и силы Лоренца:

F =Q E + Q [vB ].

Это выражение называется формулой Лоренца. Скорость v в этой формуле есть скорость заряда относительно магнитного поля.

1. Электромагнитное поле это такой вид материи, которая возникает вокруг движущихся зарядов. Например, вокруг проводника с током. Электромагнитное поле состоит из двух составляющих это электрическое и магнитное поле. Независимо друг от друга они существовать не могут. Одно порождает другое. При изменении электрического поля тут же возникает магнитное. Электромагнитная волна распространяется в пространстве во все стороны от своего источника. Можно себе представить включению лампочку, лучи света от нее распространяются во все стороны. Электромагнитная волна при распространении переносит энергию в пространстве. Чем сильнее ток в проводнике вызвавший поле, тем больше энергия переносимая волной. Также энергия зависит от частоты излучаемых волн, при увеличении ее в 2,3,4 раза энергия волны увеличится в 4,9,16 раз соответственно. То есть энергия распространения волны пропорциональна квадрату частоты.

2. Фильтр в электронике - устройство для выделения желательных компонентов спектра электрического сигнала и/или подавления нежелательных. Фильтры, находящие применение в обработке сигналов, бывают

аналоговыми или цифровыми

пассивными или активными

линейными и нелинейными

рекурсивными и нерекурсивными

Среди множества рекурсивных фильтров отдельно выделяют следующие фильтры (по виду передаточной функции):

фильтры Чебышёва

фильтры Бесселя

фильтры Баттерворта

эллиптические фильтры

По тому, какие частоты фильтром пропускаются (задерживаются), фильтры подразделяются на

фильтры низких частот (ФНЧ)

фильтры высоких частот (ФВЧ)

полосно-пропускающие фильтры (ППФ)

полосно-задерживающие (режекторные) фильтры (ПЗФ)

фазовые фильтры

Классификация фильтров

В конструкциях пассивных аналоговых фильтров используют сосредоточенные или распределённые реактивные элементы, такие как катушки индуктивности и конденсаторы. Сопротивление реактивных элементов зависит от частоты сигнала, поэтому, комбинируя их, можно добиться усиления или ослабления гармоник с нужными частотами. Активные аналоговые фильтры строятся на основе усилителей, охваченных петлёй обратной связи (положительной или отрицательной). В активных фильтрах возможно избежать применения катушек индуктивности, что позволяет уменьшить физические размеры устройств, упростить и удешевить их изготовление.

3. Электрический генератор - это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию. Классификация электромеханических генераторов

По типу первичного двигателя:

Турбогенератор - электрический генератор, приводимый в движение паровой турбиной или газотурбинным двигателем;

Гидрогенератор - электрический генератор, приводимый в движение гидравлической турбиной;

Дизель-генератор - электрический генератор, приводимый в движение дизельным двигателем;

Ветрогенератор - электрический генератор, преобразующий в электричество кинетическую энергию ветра;

По виду выходного электрического тока

Трёхфазный генератор

С включением обмоток звездой

С включением обмоток треугольником

По способу возбуждения

С возбуждением постоянными магнитами

С внешним возбуждением

С самовозбуждением

С последовательным возбуждением

С параллельным возбуждением

Со смешанным возбуждением.

Простейший генератор постоянного тока представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине - приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря. 1 - полюс электромагнита; 2 - катушка возбуждения; 3 - контактное кольцо; 4 - щетка генератора; S - внешняя цепь; 6 - рамка проводника; 7 - источник постоянного тока.

Электрическое поле — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрически заряженных частиц.

Введение понятия электрического поля понадобилось для объяснения взаимодействия электрических зарядов , т. е. для получения ответа на вопросы: почему возникают силы , действующие на заряды, и как они передаются от одного заряда к другому?

Понятия электрического и магнитного полей ввел великий английский физик Майкл Фарадей. Согласно идее Фарадея, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле . Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает.

С введением понятия поля в физике утвердилась теория близкодействия , главным отличием которой от теории дальнодействия является идея о существовании определенного процесса в пространстве между взаимодействующими телами, который длится конечное время.

Идея эта получила подтверждение в работах великого английского физика Дж. К. Максвелла, который теоретически доказал, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться в пространстве с конечной скоростью — с , равной скорости света в вакууме (300 000 км/с). Экс-периментальным доказательством этого утверждения явилось изобретение радио.

Электрическое поле возникает в пространстве, окружающем неподвижный заряд, точно так же, как вокруг движущихся зарядов — токов либо постоянных магнитов — возникает магнитное поле. Магнитные и электрические поля могут превращаться друг в друга, образуя единое элект-ромагнитное поле. Электрическое поле (как и магнитное) является лишь частным случаем обще-го электромагнитного поля. Переменные электрические и магнитные поля могут существовать и без зарядов и токов , их породивших. Электромагнитное поле переносит определенную энергию, а также импульс и массу. Таким образом, электромагнитное поле — физическая сущность, обла-дающая определенными физическими свойствами.

Итак, природа электрического поля состоит в следующем:

1. Электрическое поле материально, оно существует независимо от нашего сознания.

2. Главным свойством электрического поля является действие его на электрические заряды с некоторой силой. По этому действию устанавливается факт его существования. Действие поля на единичный заряд — напряженность поля — является одной из его основных ха-рактеристик, по которой изучается распределение поля в пространстве.

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим . Со временем оно не меняется, неразрывно связано с зарядами, его породившими, и существует в пространстве, их окружающем.