Тема навеяна обсуждением топика http://aftershock.news/node/12463.
Читая комментарии у меня создалось впечатление что очень много людей искренне верит в то что все вокруг уже давно открыто и известно. Все теории, а в особенности напечатанные в школьных и ВУЗовских учебниках физики, это догмы и ставить их под сомнение дичайшая ересь. Но ведь человек существо разумное, и пытливый ум дан ему не для того чтобы бездумно воспроизводить чужие мысли, а для того чтобы познавать и покорять окружающий мир. И если существующие теории не позволяют нам колесить по вселенной то это проблема не вселенной, а существующих теорий.
В общем чтобы не растекаться мыслью по древу, всем экспертам в области теоретической физики предлагаю подумать над простым вопросом:
Есть два электрона, одинаковых и как известно отрицательно заряженых. Вопрос: объясните с точки зрения физических процессов почему эти два электрона будучи в покое по закону Кулона будут отталкиваться друг от друга, а перемещаясь в составе электрических токов в двух параллельных проводниках будут уже притягиваться друг к другу по закону Ампера?
Время пошло... :)
Комментарии
движущееся электрическое поле порождает магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны линиям электрического поля.
Хз. Короче!
Некорректная формулировка. Притягиваются не электроны. Они как отталкивались, так и отталкиваются. Аффтора подобного вопроса стоит заставить ручками посчитать на досуге количество электронов в проводе и сравнить с количеством протонов в том же самом проводе. Чтобы не путал взаимодействие электрических и магнитых полей. Ну и заставить провести опыт не с одной батарейкой, а с двумя - когда ток течет в проводниках в одном направлении.
Просчитайте тогда самостоятельно силу притяжения двух одинаковых проводников, подключенных к высоковольтному высокочастотному источнику переменного тока, где частота соотвествует длинне этих проводников(длинна волны равна длинне проводников), и не забудьте про токи смещения - найдете много нового для себя...
Сравнили статику и динамику. Два частных случая.
Это из разряда вопросов - почему кольца Сатурна не образуют вокруг планеты облако?
Ответ про экватор мало убедителен, т.к. у планеты имеются по идее и более намагниченные полюса.
Тоже мне, экзаменатор нашелся :)
1. Проводники с током электрически НЕЙТРАЛЬНЫ и заряда свободного НЕ НЕСУТ. Поэтому между ними электростатического отталкивания нет. А магнитное взаимодействие есть.
2. Рассмотрим более интересный случай. 2 электрона (или пучки электронов) движутся в пространстве. Значит, ток таки есть. И при этом вы увидите, что они прекрасно отталкиваются друг от друга. Ток есть - есть и магнитное поле. А теперь вы, как наблюдатель, начинаете двигаться со скоростью пучка электронов параллельно этим пучкам (в этом нет ничего экстраординарного, пучки могут быть не очень скоростными - двигаться со скоростью автомобиля, например). С вашей точки зрения, как движущегося наблюдателя, электроны относительно вас стоят. И прекрасно отталкиваются. А вот магнитное поле, которое вы наблюдали и могли померять, когда были неподвижны - куда-то взяло и делось ;-) А теперь объясните мне, куда же оно вдруг делось.
3. Вот чем больше вы изучаете науку вообще, и физику в частности, тем больше вы видите в ней разных проблем и тем сильнее понимаете, что ничего не понимаете...
Впечатление же о том, что все открыто и известно - это у шклоты.
Ну ответ на второй вопрос как раз элементарен - движение электрона относительно измерителя равно нулю. Следовательно индукции в проводнике измерителя не возникает.
Вопрос был немножко другой - как же так - одни и те же пучоки электронов, для неподвижного наблюдателя есть магнитное поле, а для движущегося (в том же месте в то же время) - его вдруг нет. А ведь поле - объективная сущность. Ответ действительно элементарен, но я подожду :)
Мля. Индукцию в проводнике обеспечивает изменяющееся магнитное поле. Если электрон относительно проводника не двигается, то и магнитное поле не изменяется.
Вы что-то не догоняете. Упрощу задачу. Есть один электрон. Движется относительно наблюдателя. Магнитное поле от него появляется, и его можно засечь. Рядом с тем же самым электроном движется другой наблюдатель. Со скоростью электрона. Магнитного поля он не обнаруживает - его там нет. Спрашивается, как же так - в одной системе отсчета магнитное поле есть, а в другой - его нет вообще, при том мы понимаем, что поле есть сущность объективная и имеющая место быть независимо от наблюдателя.
неподвижных электронов нет... все движутся с планетой, со звездой, с Галактикой... Просто мы - те самые подвижные наблюдатели.
Ответ неверный.
Может так?
Для парралельно движущегося с равной объекту скоростью наблюдателя, объект статичен. При этом, движение самого наблюдателя создаёт своё магнитное поле равное полю объекта. Потому наблюдатель и не фиксирует ничего.
Чур физикам не кидаться гнилыми помидорами.
Ответ так же неверен. Какое такое движение создающее равное поле - мы предполагаем что принцип относительности работает и выделенной системы отсчета у нас нет.
Сколько раз нужно повторить чтобы дошло: измеряет не наблюдатель, а прибор? Чтобы прибор что-то там измерил необходимо навести ЭДС в проводнике. ЭДС возникает только в условиях наличия переменного магнитного поля. Если электрон относительно проводника неподвижен, то индукция и ЭДС не возникает и соответсвенно прибор показывает нули.
Что тут непонятного?
Эх, не понимаете вы сущности не то что квантовой, но даже классической электродинамики ;)
Вот вам подсказка - электрические поля у движущегося и неподвижного наблюдателя, если они их померяют, также будут несколько различаться. Почему ?
Кстати, в данном примере магнитное поле не будет переменным, а будет постоянным. Измерить напряженность постоянного магнитного поля - не судьба ?
Да и электрон можно заменить приличного размера заряженным шариком, например. Эффекты будут ровно те же.
Не понял вопроса. Кто и чего поменяет?
Опечатка. Померяют. В том же эксперименте.
а, точно, неподвижный наблюдатель засечет переменное эл. поле!
пролетая над магнитом наблюдатель и частица засекут его электрическую составляющую. И не имеющая магнитного поля частица провзаимодействует с этим полем.
переменность ни при чем. У него напряженность будет отличаться. Бедный закон Кулона :)
вроде понял фишку :)
Оглашать ответ или пусть народ еще помучается ?
так я ж выше дописал.
предметы, обладающие в неподвижной системе магнитным полем, в подвижной системе будут обладать электрическим.
Нет, и это неверно. Электрическое поле будет в обеих системах. Но несколько различающееся по величине и - что важно - направлению. Подсказка - и чем ближе скорость к скорости света там сильней различающемуся.
релятивистских эффектов еще не хватало... :)
вот если мы магнит возьмем неподвижный в подвижной системе (эко завернул!), частица не будет на него реагировать?
Ладно, хватит народ мучать. Конечно, дело именно в релятивистских эффектах. И в конечности скорости распространения возмущений. Нет отдельного электрического поля и отдельного магнитного - это условное разделение. Когда заряд движется - его поле несколько отстает от заряда. И сила, воздействующая со стороны поля на другие заряды, получается направленной немножко не туда. Ее удобно разложить на 2 силы - одну называют электрической, а другую - магнитной. Именно поэтому в случае покоящегося заряда никакого магнитного поля и нет. Есть только электрическая составляющая единого электромагнитного поля.
Отсюда интересная мораль - если бы скорость света была бы бесконечной ( то есть если бы электромагнитные возмущения распространялись мгновеннно) - магнитного поля не существовало бы.
Ну и вторая мораль - поиск магнитных зарядов увы, бессмысленен. Монополей не существует. Хотя квазичастицы, ведущие себя как магнитные заряды, есть и обнаружены. Но физический смыссл в них таков же, как и у других квазичастиц типа фононов, магнонов, экситонов и прочих интересных условностей.
насчет запаздывания это урок, да... а вот насчет условного разделения я таки догадался. Просто представил, как будет выглядеть неподвижный магнит для движущегося наблюдателя.
К большому сожалению, плохо у нас, да и не только у нас, преподают физику и другие естественные науки. Навалят формул, законов, постулатов, натаскают решать несколько типовых задач - и вперед, к следующей теме. А смысл не объясняют. Царит догматический подход. В этом отношении мне повезло - у нас все же в МФТИ добивались (не все, но в основном) понимания сути явлений. Традиционное высказывание экзаменаторов - "вы мне тут формулы не пишите, вы мне на пальцах объясните, что происходит".
В общем, читаем Фейнмана и берклиевский курс физики. Хоть они конечно и не новые книжки, но понимания явлений достичь можно.
да неоднократно уже убеждаюсь, что в 60-е ВСЕ предметы преподавались более глубоко и более основательно, чем в 80-е
Фейнмана посмотрю, а пока такой вопросик: чем обусловлен магнетизм магнитика в моем наушнике? Движением электронов в его веществе?
И не просто движением, а наличием собственного момента количества движения - спином - то есть "типа вращением" вокруг своей оси. Именно этим обусловлены высокие магнитные свойства ферромагнетиков. В них спинам электронов энергетически выгодно выстроиться в одном направлении. Ну, конечно, это в общих чертах. Орбитальный момент количества движения конечно тоже вносит некоторую долю, но в ферромагнетиках она небольшая. Эффект чисто квантовый.
ну, то что магнит состоит из кучи наномагнитиков - это я помню, а вот что из себя представляет отдельный "квант" - только что выяснил :)
А как быть с немагнитными металлами? В них же тоже электроны есть...
Теория диамагнетиков, парамагнетиков и ферромагнетиков - история долгая и как ее даже кратко изложить - не очень представляю. Если совсем кратко - то в диамагнетиках спины ориентированы хаотично. Собственно, и ферромагнетики, если их нагреть выше определенной температуры, свои магнитные свойства теряют. Тут я бы однозначно порекомендовал Ричарда Фейнмана почитать - в его курсе общей физики все хорошо и доходчиво объясняется.
Хрень редкостная. Берем стандартный трансформатр. Переменное электрическое поле в первичной обмотке генерирует переменное магнитое поле. Это переменное магнитное поле генерирует ЭДС во вторичной обмотке. И никаких релятивистких эффектов. (Естественно протекающие процессы в трансформаторе на порядок сложнее, но сейчас это не важно).
Для лучшего понимания меняем условия задачи. Имеем неподвижный проводник по которому протекает переменный ток. Наблюдатель движется так, что напряженность электрического поля в точке наблюдения постоянное. Что покажут его приборы?
Это не хрень - это ваше непонимание физической сущности явления. Ваши рассуждения соответствуют физике конца 19 века, когда действительно не было понимания того, что электричество и магнетизм - две стороны одной и той же силы. Тогда еще сильно недоумевали, что уравнения Максвелла несимметричны и надо бы ввести магнитные заряды, чтобы окончательно разнести магнитное поле и электрическое.
А на то, что магнетизм - явление чисто релятивистское, обратили внимание еще Пуанкаре с Лоренцем, даже до теории относительности. Попробую объяснить наглядно, на пальцах. Представьте себе некий точечный заряд. Пусть он покоится. Силовые лини электрического поля будут "торчать" из него как иголки из морского ежа - сферически симметрично. Если же вы начнете двигаться относительно него то из-за лоренцева сокращения (фактор чисто геометрический !!!) вы увидите, что силовые линии сгустились в плоскости перпендикулярной вектору скорости. Причем это сгущение будет пропорционально скорости - в первом приближении - если скорость много меньше скорости света. Вот это магнитное поле и есть, причем направлено оно перпендикулярно вектору скорости. Это не я придумал, а нобелевские лауреаты :)
Про ваш пример с проводом и переменным током. Есть единственный способ удовлетворить ваши условия. Ваш провод будет антенной, излучающей электромагнитные колебания. Поэтому для того, чтобы обеспечить наблюдателю постоянство электрического поля, вам придется удаляться от проводника со скоростью излучения поля. То есть со скоростью света в данной среде. Тогда вы будете "сидеть" на одном и том же участке волны и, естественно, как электрическое так и магнитное поле у вас будут постоянными. Случай дисперсии опустим, там придется рассматривать уже групповую и фазовую скорости.
Я Вас правильно понимаю что Вы говорите о том что в инерциальной системе отсчета движущейся вместе с движущейся заряженной частицей (а значит покоящейся относительно нее) магнитное поле будет равно нулю?
именно так. мало того, покоящийся в этой системе магнит не будет воздействовать на эту частицу.
Я бы конечно хотел чтобы уважаемый Vneroznikov ответил на мой вопрос, но думаю что он согласится с Вашим мнением.
Тогда проведем небольшой мысленный эксперимент. Опять два параллельных проводника, по схеме ток в них течет в одну сторону. По закону Ампера такие проводники будут притягиваться. Согласно основному постулату СТО все инерциальные системы отсчета равноправны и я могу выбрать любую. Я выбираю ту что зафиксирована относительно электронов. Включаем рубильник, в цепи появляется ЭДС, ток начинает течь, вымышленный наблюдатель сидящий в нашей системе отсчета связанной с электроном говорит "Поехали!".
Так как проводники параллельны, токи в них движутся тоже парллельно. Это значит что наш наблюдатель видит возле себя два покоящихся электрона, по одному в каждом проводнике. Как мы только что выяснили никакого намека на магнитное поле в этом случае нет. Но что же происходит? Наблюдатель сразу обнаруживает что второй элетрон стал притягиваться к первому! Чудеса, поля нет, силы значит тоже нет, а проводник, вопреки силам упругости, приблизился. Выключаем рубильник, ЭДС в цепи пропадает, токи останавливаются. Для нашего наблюдателя ровным счетом ничего не изменилось но опять же противоположный проводник почему то отдалился.
Конечно наш наблюдатель видел что хотя электроны и покоились, мимо них постоянно проносилась материя проводников. Однако наблюдатель справедливо не придавал этому факту значения потому что знал что материя проводника сама по себе электрически нейтральна и ее движение никакого поля вызвать не может.
Что же это? Мистика? Или мы все таки что то не принимаем во внимание?
пусть профессор ответит :)
мое мнение - металл - это куча заряженных частиц! А поскольку они несутся с бешеной скоростью относительно нас, магнитное поле их весьма и весьма...
Когда вы движетесь вдоль проводника с потоком электронов -относительно электронов вы конечно неподвижны. А вот относительно вас с той же скоростью но в противоположном направлении движутся уже ядра атомов. То есть протонный ток. Противоположный по направлению и - внимание ! - по знаку заряда !
Поэтому, дабы голову не задурять, рассматривайте в подобных экспериментах лучше просто пучки заряжнных частиц. Без проводников. Ну, например, стоит у вас параллельно 2 электронные пушки.
ага, если от каждого атома по 1 электрону "стоят на месте", значит оставшиеся осиротевшие ионы (а не нейтральные атомы) несутся навстречу.
Именно так. Это строго следует из уравнений Максвелла и ставило в тупик физиков конца 19 века - поскольку тогда уже считалось (как и сейчас впрочем) что поля существуют объективно и независимо от каких-то там наблюдателей. Чуть более глубокий анализ показал, что уравнения Максвелла неинвариантны относительно преобразований Галилея - то есть обычных преобразований координат в классической механике. То есть электромагнитные законы ведут себя по разному в зависимости от системы отсчета. Это и толкнуло Лоренца на идею о сокращении размеров тел в направлении движения - после чего законы встали на место во всех системах координат. Однако первоначальная идея Лоренца была лишь приближенной. Этим вопросом занялся великий Пуанкаре и придумал уже строгие правила преобразования координат и времени в движущейся системе отсчета. Их собственно и изучают в курсе специальной теории относительности как "преобразования Лоренца". Но Пуанкаре был математиком и пытался примирить этот результат с мировым эфиром и представлением о существовании абсолютной системы отсчета. Естественно, ничего не вышло. А вышло у Эйнштейна, который смог дать этим чисто математическим поначалу фокусам - физический смысл.
Да, неподвижный заряд конечно не будет реагировать на магнит.
Я чего-то не понял насчет измерения магнитного поля у электрона. Мы уже обнаружили магнитный монополь?
Движущийся электрон, как и любой движущийся заряд, имеет магнитное поле. Легко измеряемое.
егэ вроде как в июне было?
гы гы гы
===
а перемещаясь в составе электрических токов в двух параллельных проводниках будут уже притягиваться друг к другу по закону Ампера?
===
1. а с чего ты взял что притягиваются электорны
2. Сформулируй ка закон Ампера, и покажи где в нём сказано о притягивании электронов
после того как ответишь - настоятельно рекомендую быстро быстро ехать нв Москву, на станцию метро Киевкая в Роспатент, после на Ленинский проспект, в РАН за грантами и регалиями
В РАЕН скорее
Страницы