Природа магнитного поля

[Farad]

По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля.
Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Однако опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.

Впоследствии Фарадей и Ампер показали в своих опытах взаимосвязь между электрическими и магнитными полями. Позже Максвелл математически объяснил эту взаимосвязь и описал электромагнитные волны.

Хотя уравнения Максвелла и связывают электрические и магнитные поля, но они не дают полного и качественного описания природы магнитного поля, в том смысле, что магнитное поле в данной теории является лишь следствием взаимодействия электрических полей ускоренно движущихся заряженных частиц, но при этом до сих пор не было найдено отдельно существующих магнитных зарядов. При этом и механизм возникновения переменного магнитного поля под действием переменных электрических полей до сих пор полностью не раскрыт, т.е. есть причина - электрические поля, есть следствия - магнитные поля, но механизм возникновения магнитных полей неясен.

Существуют ли современные гипотезы или теории объясняющие природу магнитных полей?

[мат-ламер]

Farad в сообщении #529838 писал(а):

При этом и механизм возникновения переменного магнитного поля под действием переменных электрических полей до сих пор полностью не раскрыт, т.е. есть причина - электрические поля, есть следствия - магнитные поля, но механизм возникновения магнитных полей неясен.

Но это Вы слишком категорично. В современных учебниках общей физики объясняют на базе СТО.

[Munin]

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи).

Не только. Ещё спины элементарных частиц. Есть тенденция про них "забывать", что нехорошо. Спинам обязаны многие повседневные проявления магнетизма, например, магнитность железа (за счёт спина неспаренного электрона).

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Эта гипотеза была высказана в те времена, когда о строении атомов и о законах элементарных частиц ещё ничего не знали. Сейчас она недействительна. Почитайте, например, про опыт Эйнштейна-де Гааза.

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Хотя уравнения Максвелла и связывают электрические и магнитные поля, но они не дают полного и качественного описания природы магнитного поля, в том смысле, что магнитное поле в данной теории является лишь следствием взаимодействия электрических полей ускоренно движущихся заряженных частиц, но при этом до сих пор не было найдено отдельно существующих магнитных зарядов.

Что такое "полное описание природы"? Зачем для него нужны отдельно существующие заряды? Что делать, если природа поля как раз не допускает существования таких зарядов?

Farad в сообщении #529838 писал(а):

При этом и механизм возникновения переменного магнитного поля под действием переменных электрических полей до сих пор полностью не раскрыт, т.е. есть причина - электрические поля, есть следствия - магнитные поля, но механизм возникновения магнитных полей неясен.

Что вам нужно для "раскрытия механизма"?

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Существуют ли современные гипотезы или теории объясняющие природу магнитных полей?

Существуют. Уравнения Максвелла. Их объяснения - намного глубже, чем вам кажется.

[EvilPhysicist]

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи)

И электрические поля, меняющиеся со временем.

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Однако опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.

Не только изолированных, но и вообще магнитных зарядов.

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Позже Максвелл математически объяснил эту взаимосвязь и описал электромагнитные волны.

Он не только магнитные волны, а все макроскопические электромагнитные процессы.
И зачем такое длинное введение? Тут большинство людей об этом знают.

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Хотя уравнения Максвелла и связывают электрические и магнитные поля, но они не дают полного и качественного описания природы магнитного поля, в том смысле, что магнитное поле в данной теории является лишь следствием взаимодействия электрических полей ускоренно движущихся заряженных частиц, но при этом до сих пор не было найдено отдельно существующих магнитных зарядов

Вообще-то уравнения Максвелла как раз дают полное качественное и колличественное описание макроскопических электромагнитных процессов.

Farad в сообщении #529838 писал(а):

При этом и механизм возникновения переменного магнитного поля под действием переменных электрических полей до сих пор полностью не раскрыт, т.е. есть причина - электрические поля, есть следствия - магнитные поля, но механизм возникновения магнитных полей неясен.

А какое объяснение вам нужно? Есть законы, описывающие поведение электромагнитного поля, какой механизм появления магнитног ополя вы хотите получить?

[Farad]

мат-ламер в сообщении #529843 писал(а):

Farad в сообщении #529838 писал(а):

При этом и механизм возникновения переменного магнитного поля под действием переменных электрических полей до сих пор полностью не раскрыт, т.е. есть причина - электрические поля, есть следствия - магнитные поля, но механизм возникновения магнитных полей неясен.

Но это Вы слишком категорично. В современных учебниках общей физики объясняют на базе СТО.

Согласен, что слишком категоричное. Правильнее сказать что неполное объяснение (не качественное).
Не подскажете, пожалуйста, книгу в которой электромагнетизм бы объяснялся с позиции СТО? Просто очень бы хотелось расширить свои познания...

[EvilPhysicist]

Farad в сообщении #529862 писал(а):

Правильнее сказать что неполное объяснение (не качественное).

Вообще-то полное.

Farad в сообщении #529862 писал(а):

Не подскажете, пожалуйста, книгу в которой электромагнетизм бы объяснялся с позиции СТО?

Ландау и Лифшиц, том 2.

[Farad]

Munin в сообщении #529847 писал(а):

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи).

Не только. Ещё спины элементарных частиц. Есть тенденция про них "забывать", что нехорошо. Спинам обязаны многие повседневные проявления магнетизма, например, магнитность железа (за счёт спина неспаренного электрона).

В том числе и собственный магнитный момент элементарных частиц

Munin в сообщении #529847 писал(а):

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Эта гипотеза была высказана в те времена, когда о строении атомов и о законах элементарных частиц ещё ничего не знали. Сейчас она недействительна. Почитайте, например, про опыт Эйнштейна-де Гааза.

спасибо, прочитаю

Munin в сообщении #529847 писал(а):

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Хотя уравнения Максвелла и связывают электрические и магнитные поля, но они не дают полного и качественного описания природы магнитного поля, в том смысле, что магнитное поле в данной теории является лишь следствием взаимодействия электрических полей ускоренно движущихся заряженных частиц, но при этом до сих пор не было найдено отдельно существующих магнитных зарядов.

Что такое "полное описание природы"? Зачем для него нужны отдельно существующие заряды? Что делать, если природа поля как раз не допускает существования таких зарядов?

Farad в сообщении #529838 писал(а):

При этом и механизм возникновения переменного магнитного поля под действием переменных электрических полей до сих пор полностью не раскрыт, т.е. есть причина - электрические поля, есть следствия - магнитные поля, но механизм возникновения магнитных полей неясен.

Что вам нужно для "раскрытия механизма"?

С позиции современной квантовой механики каждой частице соответствует свое статичное квантовое поле, что в случае магнитных полей мы не обнаруживаем, т.е. магнитные поля вообще не имеют материальных квантов, хотя у электрических полей они есть. Отсюда, можно сделать предположение, что магнитные поля не есть что-то отличное от электрических полей, а по сути и являются вихревыми электрическими полями, но при этом и отличаются от них. Найти это различие и объяснить причину его возникновения по сути и есть более полное и качественное объяснение природы магнитного поля...

Munin в сообщении #529847 писал(а):

Farad в сообщении #529838 писал(а):

Существуют ли современные гипотезы или теории объясняющие природу магнитных полей?

Существуют. Уравнения Максвелла. Их объяснения - намного глубже, чем вам кажется.

И они представляют лишь количественную взаимосвязь...

-- 22.01.2012, 19:37 --

EvilPhysicist в сообщении #529867 писал(а):

Farad в сообщении #529862 писал(а):

Не подскажете, пожалуйста, книгу в которой электромагнетизм бы объяснялся с позиции СТО?

Ландау и Лифшиц, том 2.

спасибо

-- 22.01.2012, 19:42 --

EvilPhysicist в сообщении #529867 писал(а):

Farad в сообщении #529862 писал(а):

Правильнее сказать что неполное объяснение (не качественное).

Вообще-то полное.

Вряд ли полное, так как магнитные поля (по современным представлениям) не имеют материальных зарядов-квантов, что не свидетельствует в пользу объективного их существования. По сути магнитное поле - мат.абстракция созданная для объяснения электромагнетизма.

[tola]

к Farad
Не существуют отдельно электрическое и магнитное поле. Существует нечто – что в современной науке называют «электромагнитным полем». Так уж исторически сложилось, что эти два вида взаимодействия получили свои, различные наименования (электростатические и магнитные). Просто в различных системах отсчета мы наблюдаем разные стороны (проявления) одного и того же «электромагнитного поля».
И все наши теории – есть не что иное, как попытка логически и стройно увязать между собой все эти явления и дать возможность предсказывать новые.

[Farad]

tola в сообщении #529885 писал(а):

к Farad
Не существуют отдельно электрическое и магнитное поле. Существует нечто – что в современной науке называют «электромагнитным полем». Так уж исторически сложилось, что эти два вида взаимодействия получили свои, различные наименования (электростатические и магнитные). Просто в различных системах отсчета мы наблюдаем разные стороны (проявления) одного и того же «электромагнитного поля».
И все наши теории – есть не что иное, как попытка логически и стройно увязать между собой все эти явления и дать возможность предсказывать новые.

Но вроде бы статические заряды вполне объективно существуют и экспериментально доказаны. При этом в случае статических зарядов мы не наблюдаем магнитных полей... Но как только речь начинает идти о переменных электрических полях, то сразу же появляются неуловимые магнитные поля, объективного аналога которым нет, кроме реально существующих зарядов и эл.полей...

-- 22.01.2012, 21:02 --

EvilPhysicist в сообщении #529850 писал(а):

Farad в сообщении #529838 писал(а):

При этом и механизм возникновения переменного магнитного поля под действием переменных электрических полей до сих пор полностью не раскрыт, т.е. есть причина - электрические поля, есть следствия - магнитные поля, но механизм возникновения магнитных полей неясен.

А какое объяснение вам нужно? Есть законы, описывающие поведение электромагнитного поля, какой механизм появления магнитног ополя вы хотите получить?

Наличие и существование магнитного поля неразрывно связано с зарядами и существующими вокруг них электрическими полями, но при этом магнитных зарядов в природе не существует. Поэтому возможно, что магнитное поле не просто следствие, но по сути и является эл.полем, которое отличается от породившего его переменного поля своей направленностью. То есть гипотетически магнитное поле - есть частный случай электрического взаимодействия движущихся зарядов.

[Joker_vD]

Farad в сообщении #529887 писал(а):

Но вроде бы статические заряды вполне объективно существуют и экспериментально доказаны. При этом в случае статических зарядов мы не наблюдаем магнитных полей...

Ну хорошо. Представьте себе два статичных заряда. Представили? А теперь начните двигаться относительно них — о чудо, вы увидите, как из ниоткуда появилось магнитное поле.

По-моему, сам факт, что "статичность" (и соответственно, наличие/отсутствие магнитного поля) зависит от выбора СО, должен уже наводить на мысль, что магнитное поле — лишь условное представление о части некого более глобального явления.

[EvilPhysicist]

Farad в сообщении #529878 писал(а):

В том числе и собственный магнитный момент элементарных частиц

это и есть спин.

Farad в сообщении #529878 писал(а):

С позиции современной квантовой механики каждой частице соответствует свое статичное квантовое поле, что в случае магнитных полей мы не обнаруживаем, т.е. магнитные поля вообще не имеют материальных квантов, хотя у электрических полей они есть

Вообще-то в квантовой механике частицу описывает волновая функция. И есть целая квантовая электродинамика в которой электромагнитное поле прекрасно описывается.

Farad в сообщении #529878 писал(а):

Отсюда, можно сделать предположение, что магнитные поля не есть что-то отличное от электрических полей, а по сути и являются вихревыми электрическими полями, но при этом и отличаются от них

А ещё подумать ещё лучше, то можно понять, что есть одно электромагнитное поле.

Farad в сообщении #529878 писал(а):

И они представляют лишь количественную взаимосвязь...

Из количественной очевидно следует и качественная.

Farad в сообщении #529887 писал(а):

При этом в случае статических зарядов мы не наблюдаем магнитных полей

Возьмите магнит - будете наблюдать.

Farad в сообщении #529887 писал(а):

Но как только речь начинает идти о переменных электрических полях, то сразу же появляются неуловимые магнитные поля, объективного аналога которым нет, кроме реально существующих зарядов и эл.полей...

И что из того, что у них нет аналога?

Farad в сообщении #529887 писал(а):

Поэтому возможно, что магнитное поле не просто следствие, но по сути и является эл.полем, которое отличается от породившего его переменного поля своей направленностью

Да, есть одно электромагнитное поле, которое делят на электрическое и магнитное.

[Farad]

Joker_vD в сообщении #529903 писал(а):

Farad в сообщении #529887 писал(а):

Но вроде бы статические заряды вполне объективно существуют и экспериментально доказаны. При этом в случае статических зарядов мы не наблюдаем магнитных полей...

Ну хорошо. Представьте себе два статичных заряда. Представили? А теперь начните двигаться относительно них — о чудо, вы увидите, как из ниоткуда появилось магнитное поле.

По-моему, сам факт, что "статичность" (и соответственно, наличие/отсутствие магнитного поля) зависит от выбора СО, должен уже наводить на мысль, что магнитное поле — лишь условное представление о части некого более глобального явления.

согласен, поэтому и не удовлетворен классическим представлением о магнитном поле...

Хотя у меня сомнения по отношению к природе магнитного поля появились в процессе изучения колебаний кристаллической решетки твердого тела. Вернее в попытки описать колебания по аналогии распространения электромагнитной волны в оптоволоконном кабеле. Тогда я и пришел к выводу, что напряженность электрического поля электрона двигающегося по Боровскому радиусу не является постоянной величиной, так как плотность распределения элементарных зарядов протона изменяется со временем, т.е. происходит перераспределение элементарных зарядов в протоне. В случае модели Бора для атома водорода это не является существенным, но когда речь идет о более сложных атомах, ядра которых кроме протонов содержат еще и нейтроны, то тогда это должно вносить сильные погрешности в определении потенциальной энергии электронов. Что и наблюдается в виде расхождения планетарной теории Бора с экспериментом для не водородоподобных атомов. Например, вот ссылка на электронную книгу Dr. Richard FW Bader: http://www.chemistry.mcmaster.ca/esam/C ... ion_1.html

В этой статье сравнивается энергия ионизации атомов лития рассчитанная по теории Бора (используя квантовомеханический подход) с энергией ионизации определенной экспериментально, при этом расхождение доходит до 300% (в случае гелия относительная погрешность не более 5%).

Я понимаю, что мое предположение является лишь гипотезой (одной из множества возможных объяснений), поэтому я и пытаюсь углубить свои знания в области электромагнетизма, чтобы суметь доказать или опровергнуть ее...

[EvilPhysicist]

Farad в сообщении #529936 писал(а):

согласен, поэтому и не удовлетворен классическим представлением о магнитном поле...

Врят ли вы их знаете, потому что нету классического представления о магнитном поле. Есть представление о электромагнитном поле. Представление о магнитном поле это что-то из разряда исторических представлений.

Farad в сообщении #529936 писал(а):

Тогда я и пришел к выводу, что напряженность электрического поля электрона двигающегося по Боровскому радиусу не является постоянной величиной, так как плотность распределения элементарных зарядов протона изменяется со временем, т.е. происходит перераспределение элементарных зарядов в протоне

Вот вам гениальная идея - на этом уровне всё надо описывать квантовой механикой, а там нету никакой плотности распределения зарядов - это рас.
Напряженность может быть только в точке, говорить о напряженности безотносительно указания точки - бессмысленно - это два.

Farad в сообщении #529936 писал(а):

В случае модели Бора для атома водорода это не является существенным, но когда речь идет о более сложных атомах, ядра которых кроме протонов содержат еще и нейтроны, то тогда это должно вносить сильные погрешности в определении потенциальной энергии электронов.

В случае более сложных атомов описывать их поведение классическими (в смысле не квантовоными) полями нужно очень аккуратно.

Farad в сообщении #529936 писал(а):

Что и наблюдается в виде расхождения планетарной теории Бора с экспериментом для не водородоподобных атомов

Ну тот дело главным образом в том, что атомы подчиняются квантовым законам и чего вы видим оне можете понять.

[Munin]

Farad в сообщении #529878 писал(а):

В том числе и собственный магнитный момент элементарных частиц

А я чо сказал?

Farad в сообщении #529878 писал(а):

С позиции современной квантовой механики каждой частице соответствует свое статичное квантовое поле

Пардон, что значит "статичное"?

Farad в сообщении #529878 писал(а):

т.е. магнитные поля вообще не имеют материальных квантов, хотя у электрических полей они есть.

Неверно. Ни те, ни другие не имеют "материальных квантов". Кванты есть только у электромагнитного поля.

Farad в сообщении #529878 писал(а):

Отсюда, можно сделать предположение, что магнитные поля не есть что-то отличное от электрических полей, а по сути и являются вихревыми электрическими полями, но при этом и отличаются от них.

Вам знакомы такие вещи, как $\mathbf{E}=-c^{-1}\partial\mathbf{A}/\partial t-\operatorname{grad}\varphi$ и $\mathbf{H}=\operatorname{rot}\mathbf{A}$?

Farad в сообщении #529878 писал(а):

И они представляют лишь количественную взаимосвязь...

В физике не бывает такой вещи, как "лишь количественная взаимосвязь". Количественная - как раз и есть наиболее полная из всех возможных известных физике вариантов. Качественная - это более неполная, когда точные количественные соотношения неизвестны.

Farad в сообщении #529878 писал(а):

Вряд ли полное, так как магнитные поля (по современным представлениям) не имеют материальных зарядов-квантов

У вас путаница между зарядами и квантами поля. Это вещи разные. Например, электрон и фотон.

Farad в сообщении #529887 писал(а):

То есть гипотетически магнитное поле - есть частный случай электрического взаимодействия движущихся зарядов.

Нет. Когда $\mathbf{H}^2-\mathbf{E}^2>0,$ такое магнитное поле нельзя представить как движущееся электрическое.

[Farad]

EvilPhysicist в сообщении #529913 писал(а):

Вообще-то в квантовой механике частицу описывает волновая функция. И есть целая квантовая электродинамика в которой электромагнитное поле прекрасно описывается.

А ещё подумать ещё лучше, то можно понять, что есть одно электромагнитное поле.

Но например, представим, такую возможность, что электромагнитную волну можно описать с позиции ускоренного движения электрического заряда в гравитационном поле, тогда необходимость в магнитном поле как таковом отпадает и все сводится к грави-электрическому взаимодействию двух заряженных частиц. И согласно принципу бритвы Оккама данное утверждение будет более рациональным, конечно же при условии верности и объективности гипотезы...

EvilPhysicist в сообщении #529913 писал(а):

Из количественной очевидно следует и качественная.

К сожалению не всегда. Так как как минимум математика опирается на чисто логические абстракции, которые нередко отличаются от абстракций физических, но это конечно же не мешает использовать математику в физическом описании мира, (но надо по возможности сильно и не увлекаться, например, представляя точку или вектор как что-то абсолютно материальное). Вообщем, рассуждение между количественным и качественным общефилософская тема.
Например, измеряя уменьшения объема воды в баке и пропорциональное ему увеличение обема воды в расположенном ниже (и изначально пустом) резервуаре вовсе не следует, что вода стала перетекать из верхнего бака в нижний под действием силы тяжести или вследствие того, что мы включили насос...

EvilPhysicist в сообщении #529913 писал(а):

Возьмите магнит - будете наблюдать.

Природа магнита более сложна и он имеет доменную (ячеистую) структуру, так что не удивительно, что при нагреве магнит начнет размагничиваться. В принципе, это не единственно возможное объяснение, но вот связь с кристаллической структурой и магнитными свойствами кристаллических веществ по видимому имеется...

EvilPhysicist в сообщении #529913 писал(а):

И что из того, что у них нет аналога?

Правильнее был бы вопрос а почему его нет и нужен ли он вообще?

EvilPhysicist в сообщении #529913 писал(а):

Да, есть одно электромагнитное поле, которое делят на электрическое и магнитное.

Также возможно, что есть только электрическое поле которое делят на магнитное и электрическое. Так что из определений очень сложно судить о качественном соотношении явлений...