Магнитное поле движущегося заряда

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. Из формулы (22.2) легко получить выражение для магнитной индукции поля, создаваемого точечным зарядом q, движущимся со скоростью Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru . Допустим, что ток создается носителями с зарядом е¢ (знак безразличен), скорость упорядоченного движения которых равна Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru . Тогда

I = jS = ne¢vS, (23.1)

где S – площадь поперечного сечения проводника, n – концентрация носителей тока (число носителей тока в единице объема).

Подставим выражение (23.1) в формулу (22.2):

Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru = Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru . (23.2)

Учитывая, что векторы е¢ Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru и Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru совпадают по направлению, заменим е¢v Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru на е¢ Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru dl. Тогда формула (23.2) примет вид

Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru = Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru , (23.3)

так как скалярные множители можно вносить и выносить за знак векторного произведения от любого множителя векторного произведения (свойство векторного произведения).

Произведение Sdl соответствует объему отрезка провода длины dl, а nSdl равно числу носителей тока, содержащихся в этом объеме. Следовательно, разделив выражение (23.3) на nSdl, найдем магнитную индукцию Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru поля, создаваемого зарядом е¢, движущимся со скоростью Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru в вакууме (в воздухе). Заменив е¢ на q, получим

Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru = Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru , (23.4)

Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru где Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru - радиус-вектор, проведенный от заряда q к точке поля, r - его модуль, a - угол между векторами Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru и Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru (рисунок 32).

Согласно выражению (23.4), вектор Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru направлен перпендикулярно плоскости, в которой расположены векторы Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru и Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru , а его направление совпадает с направлением поступательного движения правого винта при его вращении от Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru к Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru . Модуль магнитной индукции (23.4) вычисляется по формуле:

В = Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru . (23.5)

Приведенные соотношения (23.4) и (23.5) справедливы лишь при малых скоростях v (v << с, с – скорость света в вакууме) движущихся зарядов, когда электрическое поле свободно движущегося заряда можно считать электростатическим, т. е. создаваемым неподвижным зарядом, находящимся в той точке, где в данный момент времени находится движущийся заряд.

Формула (23.4) определяет магнитную индукцию положительного заряда, движущегося со скоростью Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru . Если движется отрицательный заряд, то q надо заменить на -q. Скорость Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru - относительная скорость, т. е. скорость относительно наблюдателя. Вектор Магнитное поле движущегося заряда - student2.ru в рассматриваемой системе отсчета зависит как от времени, так и от положения точки 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, что электронный пучок и ток проводимости эквивалентны с точки зрения образования магнитного поля.

Наши рекомендации