Вопрос про магнитное поле.

[clerkx]

Не могу понять кое-что про движущуюся заряженное частицу, а точнее про создаваемое ею магнитное поле. За счет чего линии этого поля имеют противоположенные направления "слева" и "справа" от движущейся "вперед" частицы (надеюсь понятно про стороны )? Я еще могу представить (хотя, скорее всего неправильно), как за счет изменения электрического поля создается магнитное, перпендикулярное направлению движения, но не понимаю почему, вроде бы, одинаково изменяющееся с разных "сторон" электрическое поле порождает разнонаправленное магнитное.
На всякий случай скажу, что про электромагнетизм я читал только в школьных учебниках, но там ответа на свой вопрос не нашел.

[Ponchik]

Магнитное поле является вихревым, т.е. у него (вернее у силовых линий, изображающих поле) нет начала и нет конца. Каждая силовая линия замыкается сама на себя. Так же как «… у кольца начала нет, и нет конца…».
Вот рисунки магнитного поля, создаваемого прямым проводником с током. Это поле создаётся множеством зарядов, движущихся в проводнике.
Для отдельного движущегося электрического заряда картинка будет немного посложней, но в плоскости, перпендикулярной к направлению движения заряда, силовые линии будут иметь такой же вид.



А вот изображение полей, создаваемых витком и катушкой.


Рисунки взяты здесь
http://electrono.ru/elektromagnetizm-i-elektromagnitnaya-indukciya/17-magnitnoe-pole-provodnika-s-tokom-i-sposoby-ego-usileniya
Обратите внимание на то, что направление линий внутри соленоида (так называют катушку с током) противоположно направлению линий снаружи.

[ShMaxG]

Ну а, собственно, вопрос, как я понял, -- в чем причина выделенности направления магнитных линий? (по часовой/ против часовой отн. направления движения заряда) Ведь по логике разницы нет, а разница есть. Может быть это просто такой вот закон природы, не более и не менее.

[BISHA]

ShMaxG в сообщении #393475 писал(а):

в чем причина выделенности направления магнитных линий? (по часовой/ против часовой отн. направления движения заряда)

Это принято по договорённости. Движущиеся заряды (токи), создают магнитное поле (особая форма материи ...). Магнитное поле действует на виток с током или магнитную стрелку. За направление линии индукции магнитного поля принято направление вдоль магнитной стрелки от её южного полюса к северному.

ShMaxG в сообщении #393475 писал(а):

Может быть это просто такой вот закон природы, не более и не менее.

Закон есть, но направление выбираем мы.

[ShMaxG]

Я может быть не правильно выразился... Не то чтобы что-то там именно по часовой, а не против часовой (или наоборот) вращается... А, собственно, почему вдруг какое-то "вращение" появляется? В чем причина завихренности линий?

[Утундрий]

clerkx в сообщении #393417 писал(а):

Не могу понять кое-что про движущуюся заряженное частицу, а точнее про создаваемое ею магнитное поле.

А вы поле покоящейся частицы создайте, да и Лоренцем его, Лоренцем!

[Munin]

Почитайте замечательную книжку
Парселл "Электричество и магнетизм"
(второй том Берклеевского курса физики).

[Ponchik]

ShMaxG в сообщении #393475 писал(а):

Ну а, собственно, вопрос, как я понял, -- в чем причина выделенности направления магнитных линий? (по часовой/ против часовой отн. направления движения заряда) Ведь по логике разницы нет, а разница есть. Может быть это просто такой вот закон природы, не более и не менее.

Clerkx, как я понял, просто не понял «правила буравчика».
А вот Ваш вопрос, конечно, очень интересный!
В нашем мире существует ассиметрия физических законов. То есть, сами законы симметричны относительно зарядов, хиральности (зеркальности) и даже направления времени. Да вот только наблюдаемые явления несимметричны.
Так вот, для полноты симметрии в нашем мире нехватает антивещества (антиматерии).
С учётом антиматерии законы природы будут полностью симметричны. Так утверждает CPT-теорема, согласно которой если поменять заряды, вывернуть зеркально пространство, и пустить время вспять, то законы физики не изменятся.
Применительно к обсуждаемой теме — если электрон заменить позитроном (который антиэлектрон), то направление магнитных линий изменится на противоположное.

-- Чт дек 30, 2010 03:05:10 --

ShMaxG в сообщении #393508 писал(а):

Я может быть не правильно выразился... Не то чтобы что-то там именно по часовой, а не против часовой (или наоборот) вращается... А, собственно, почему вдруг какое-то "вращение" появляется? В чем причина завихренности линий?

То же очень интересный вопрос!

(Оффтоп)

Тут знатоки-математики скажут Вам, что всё объясняется уравнениями Максвелла. Беда только в том, что уравнения эти описывают явления, но не объясняют их. Более того, физики, в частности Р. Фейнман, даже гордятся тем, что многие явления непостижимы. Вот есть формулы, мы по ним считаем, и всё сходится!!! И, вроде, этого достаточно.

Линий-то в природе не существует. Это мы их придумали для своего удобства.
Силовая линия показывает направление появляющейся силы, которая перпендикулярна двум другим перпендикулярным векторам — направлению движения заряда, и радиус-вектору в плоскости перпендикулярной этому движению.
Короче, искомый вектор является векторным произведением двух других векторов. Правая или левая связка произведения берётся из практики (в общем-то условно).
Чтобы наглядно прочувствовать эту перпендикулярность сил проведите опыт с велосипедным колесом.
Снимите колесо с велосипеда. Держите его за ось двумя руками с двух сторон. Попросите кого-нибудь раскрутить колесо. Попробуйте теперь повернуть куда-нибудь колесо за ось. Силы инерции будут препятствовать такому повороту, но совсем не так, как мы интуитивно ожидаем. То есть, мы захотим повернуть колесо влево-вправо, а оно будет (по инерции) препятствовать повороту в другом направлении (плоскости), пытаясь лечь набок, и наоборот, но всегда перпендикулярно нашим усилиям!
Так может быть, заряды то же имеют какое-то собственное внутреннее вращение?

[AndreyP]

За счет чего линии этого поля имеют противоположенные направления "слева" и "справа" от движущейся "вперед" частицы?
А они и не имеют противоположного направления, относительно направления движения частицы.
Просто если вы смотрите на частицу "спереди" ,то в одну сторону, для вас, а если "сзади" то в противоположную. Например если посмотреть на вентилятор сзади, то лопасти крутиться ,допустим по часовой, а если вы посмотрите спереди то против часовой.
Грубо говоря, если вы будите смотреть в спину уходящего тока, махая ему в след платочком, то магнитные силовые линии будут иметь направление по часовой стрелки (принято условно).

[Munin]

Ponchik в сообщении #393547 писал(а):

Так может быть, заряды то же имеют какое-то собственное внутреннее вращение?

Всё намного проще. Магнитное поле - не вектор, а бивектор (точнее, даже 2-форма, но в это лезть не обязательно), просто в трёхмерном пространстве бивекторы эквивалентны векторам, которые можно сопоставить бивектору по правилу правой руки или буравчика. Но в бивекторном представлении у магнитного поля нет никакого вымышленного вращения. Оно и возникает от движущихся зарядов (и токов), и действует на движущиеся заряды (и токи), в соответствии со своей бивекторной природой.

W. L. Burke. Div, grad, curl are dead. (web draft II, October 1995).

[clerkx]

Ponchik
Спасибо, но вы неправильно поняли мой вопрос, вот ShMaxG правильно понял .

Ponchik в сообщении #393547 писал(а):

Линий-то в природе не существует. ... Силовая линия показывает направление появляющейся силы

Вот, даже если силовые линии - это абстракция, то действие силы объективно и я не понимаю почему эта сила несимметрична (не знаю, насколько этот термин здесь подходит, но, надеюсь понятно, что я имею ввиду), как у потенциальных полей. Есть ли какие-то свойства самой частицы или процессы, происходящие с меняющимся электрическим полем, которые являлись бы причиной именно такого поведение магнитного поля?

Munin

Munin в сообщении #393602 писал(а):

Магнитное поле - не вектор, а бивектор (точнее, даже 2-форма, но в это лезть не обязательно), просто в трёхмерном пространстве бивекторы эквивалентны векторам, которые можно сопоставить бивектору по правилу правой руки или буравчика. Но в бивекторном представлении у магнитного поля нет никакого вымышленного вращения.

А возможно ли это объяснить более простыми словами? Или это, в том числе, объясняется в "Электричестве и магнетизме"?

[Munin]

clerkx в сообщении #393665 писал(а):

А возможно ли это объяснить более простыми словами? Или это, в том числе, объясняется в "Электричестве и магнетизме"?

Это объясняется у Бёрке. У Парселла (книги с названием "Электричество и магнетизм" писали многие авторы) используется обычное представление силовыми линиями, зато наглядно объяснено, как выглядит поле неподвижного и движущегося заряда, и где там и откуда магнитное поле.

Более простыми словами... я не знаю, куда уж проще. Другое дело, что я не объяснял ещё ничего, а просто сослался на книжку. Она такая простая, что конкурировать с её ясностью я не хочу, тем более пересказывая её же.

clerkx в сообщении #393665 писал(а):

Вот, даже если силовые линии - это абстракция, то действие силы объективно и я не понимаю почему эта сила несимметрична (не знаю, насколько этот термин здесь подходит, но, надеюсь понятно, что я имею ввиду), как у потенциальных полей.

Она не несимметрична. Та "несимметрия", которая возникает, когда вы от движущегося заряда переходите к его магнитному полю, компенсируется той "несимметрией", которая возникает при переходе от магнитного поля к силе, действующей на заряд. Можно заменить везде $B\to-B,$ одновременно поменять знаки в формулах, описывающих возникновение магнитного поля и его действие на заряды, и физически никаких результатов не изменится: при одном и том же движении зарядов они будут испытывать те же самые силы.

[Ponchik]

Я ж говорил, что математики всё “объяснят” уравнениями!!! Так оно и вышло!
Уважаемый Munin “объяснил” данное явление более подробным (по сравнению с буравчиком) математическим описанием, типа «те же яйца, вид сверху», но не прояснил его физический смысл.

Munin в сообщении #393602 писал(а):

Ponchik в сообщении #393547 писал(а):

Так может быть, заряды то же имеют какое-то собственное внутреннее вращение?

Всё намного проще. Магнитное поле - не вектор, а бивектор (точнее, даже 2-форма, но в это лезть не обязательно), просто в трёхмерном пространстве бивекторы эквивалентны векторам, которые можно сопоставить бивектору по правилу правой руки или буравчика. Но в бивекторном представлении у магнитного поля нет никакого вымышленного вращения. Оно и возникает от движущихся зарядов (и токов), и действует на движущиеся заряды (и токи), в соответствии со своей бивекторной природой.
W. L. Burke. Div, grad, curl are dead. (web draft II, October 1995).

А кто тут сказал, что у магнитного поля нет есть никакого вымышленное вращение?
Пальчиком покажите!
Ведь сказано было заряды тоже имеют какое-то собственное внутреннее вращение.

[clerkx]

Munin

Munin в сообщении #393682 писал(а):

компенсируется той "несимметрией", которая возникает при переходе от магнитного поля к силе, действующей на заряд.

На тот же самый заряд, который создает магнитное поле? А какая на него действует сила, если он, например, движется равномерно и прямолинейно? Или вы имеете ввиду, что сила действует на пробный заряд? И я не понял какая при переходе от поля к силе возникает "несимметрия"?

[Munin]

Ponchik в сообщении #393786 писал(а):

Я ж говорил, что математики всё “объяснят” уравнениями!!!

Где вы у меня увидели уравнения? Я говорил о рассмотрении принципиально нового математического объекта: не вектора, а бивектора.

Ponchik в сообщении #393786 писал(а):

Уважаемый Munin “объяснил” данное явление более подробным (по сравнению с буравчиком) математическим описанием, типа «те же яйца, вид сверху», но не прояснил его физический смысл.

Физический смысл станет очевиден, если вы попытаетесь посмотреть, как будет выглядеть обсуждаемый бивектор, например, вокруг провода с током. Он будет составлен компонентами, отображающими направление тока и расстояние от текущей точки до элемента тока, совершенно естественным образом. Никакого "буравчика" не остаётся и в помине, и никаких связанных с ним загадок - тоже.

Ponchik в сообщении #393786 писал(а):

Ведь сказано было заряды тоже имеют какое-то собственное внутреннее вращение.

Имеют (заряженные частицы имеют спин), но вот к обсуждаемому вопросу это абсолютно никак не относится.

clerkx в сообщении #393788 писал(а):

На тот же самый заряд, который создает магнитное поле?

Нет, на другой.

clerkx в сообщении #393788 писал(а):

И я не понял какая при переходе от поля к силе возникает "несимметрия"?

Формула Лоренца $\mathbf{F}=q[\mathbf{vB}].$