Относительность магнитного поля

[Tirrr]

Может у кого есть объяснение следующему факту:

Физика утверждает, что магнитное поле появляется при движении заряженной частицы относительно прибора измеряющего это поле.
Также Физика во всех книгах приводит опыт с параллельными проводниками по которым течет ток (т. е. движутся заряженные частицы). И если ток течёт в одинаковом направлении, то на проводники действует сила (из за магнитного поля, ведь по проводникам течет ток) пытающаяся их сблизить.
Предположим что проводники совершенно одинаковые и по ним пропускают совершенно одинаковый ток, и в одном направлении, то следует:

1. Электроны в одном проводнике остаются неподвижны относительно электронов в другом проводнике, а следовательно не должно быть и магнитного поля, а значит и силы взаимодействия между проводниками.

2. Но сила взаимодействия этих двух проводников всё же есть (я не проверял конечно сам - данные из книг взял), ведь эта сила уже фиксируется механическим прибором - динамометром.

[EEater]

В системе отсчета, в которой электроны неподвижны, движутся положительные заряды, которые в первом случае покоились.
А если вы возьметесь за настоящее изучение физики, то узнаете в этой связи много интересного. Например, как меняется ток в разных системах отсчета (это 4-вектор). Как преобразуется электрическое и магнитное поле (как компоненты 4-тензора 2-го ранга). Могут быть ситуации, когда в некоторой ИСО магнитного поля нет, зато появляется электрическое (а результат опыта не изменяется, естественно).

[Tirrr]

Что-то, не совсем понял насчёт положительных зарядов - почему они двигаются ? Они же в проводниках на месте остаются вроде.
Или вы имеете ввиду, что электроны в одном проводнике движутся относительно протонов в другом проводнике и наоборот. Так надо понимать ? И именно это вызывает магнитное поле, а следовательно и силу ?

[EEater]

Tirrr в сообщении #590625 писал(а):

Что-то, не совсем понял насчёт положительных зарядов - почему они двигаются ? Они же в проводниках на месте остаются вроде.

Что-то у вас все остается на месте, странно. Уж выберите что-то одно.
Вы же сами написали (и правильно):

Цитата:

магнитное поле появляется при движении заряженной частицы относительно прибора измеряющего это поле

Вот и обдумайте это утверждение. Например, где у вас прибор.

[Munin]

Tirrr в сообщении #590625 писал(а):

Что-то, не совсем понял насчёт положительных зарядов - почему они двигаются ? Они же в проводниках на месте остаются вроде.

Когда вы стоите рядом с проводом, то у вас положительные заряды остаются на месте, а электроны движутся. Когда вы становитесь на точку зрения электрона (это называется - переходите в систему отсчёта электрона), то у вас электроны в одном проводнике неподвижны относительно электронов в другом проводнике, зато вся экспериментальная установка движется назад! А значит, и провода движутся назад, а это значит - положительные заряды в проводах, которые раньше казались неподвижными, движутся назад. Вот они и создают магнитное поле.

[Tirrr]

Получается, что тогда если вместо проводников использовать длинные трубки с вакуумом и внутри них создать ток из электронов -одинаковый по силе. То в этом случае уже не будет силы, которая притягивает две трубки ? Ведь положительных частиц уже не будет. Так ?

-- 30.06.2012, 21:56 --

EEater - тут важна именно механическая сила и прибором является динамометр, а не магнитометр. А на динамометр вроде относительность скоростей заряженных частиц не должна влиять.

-- 30.06.2012, 21:59 --

Munin - да именно с точки зрения электрона интересует этот вопрос. А в данном случае с металлическими проводниками положительная частица есть ион в котором не хватает электронов с верхней орбиты ?

[Munin]

Tirrr в сообщении #590661 писал(а):

Получается, что тогда если вместо проводников использовать длинные трубки с вакуумом и внутри них создать ток из электронов -одинаковый по силе. То в этом случае уже не будет силы, которая притягивает две трубки ? Ведь положительных частиц уже не будет. Так ?

Недостаточно глубоко подумали. У электронов будет ещё и отталкивающая сила - ведь они одноимённо заряжены. И эта сила по величине будет во много раз больше, чем притягивающая.

Tirrr в сообщении #590661 писал(а):

Munin - да именно с точки зрения электрона интересует этот вопрос. А в данном случае с металлическими проводниками положительная частица есть ион в котором не хватает электронов с верхней орбиты ?

Да.

Вообще, если вас не пугает уровень выше школьного, то есть книжка хорошая, Парселл "Электричество и магнетизм". Попроще, чем метод 4-векторов, про который рассказывает EEater, но тоже достойно.

[migmit]

Tirrr в сообщении #590661 писал(а):

Получается, что тогда если вместо проводников использовать длинные трубки с вакуумом и внутри них создать ток из электронов -одинаковый по силе. То в этом случае уже не будет силы, которая притягивает две трубки ? Ведь положительных частиц уже не будет. Так ?

Будете смеяться, но тут заработает во всю силу специальная теория относительности и преобразования Лоренца.

Вот пустили вы два пучка электронов, параллельно. Если вы будете бежать рядом с той же скоростью, что и эти электроны — вы увидите, что электроны отталкиваются в полном соответствии с законом Кулона.

Если же вы будете стоять на месте — вы увидите, что расстояния между электронами стали поменьше (Лоренцевское сокращение, оно самое), и, следовательно, плотность электронов в пучке стала выше. Если вы теперь посчитаете, исходя из того же закона Кулона, с какой силой они должны отталкиваться — вы получите БОЛЬШУЮ силу отталкивания. Больше, чем есть на самом деле. Эта разница — и есть сила магнитного притяжения.

[Munin]

migmit
Будете смеяться, но сила - тоже не 4-скаляр.

[migmit]

Munin в сообщении #590747 писал(а):

migmit
Будете смеяться, но сила - тоже не 4-скаляр.

Да. Это тоже, конечно, надо учитывать в выкладках. Но происхождение эффекта будет именно таким.

[Tirrr]

Конечно спасибо за 4 вектор 2 порядка, но это слишком сложно.
Должно быть всё же наглядное физическое объяснение происходящему, если это происходит.

Из опыта можно исключить кулоновскую силу между параллельными пуками электронов (проводами с током), ведь если в них отсутствует ток, то и кулоновская сила ничтожна, проводники не испытывают силы, но как только ток появляется, то эта сила легко фиксируется невооружённым глазом или динамометром.
Поправки на большие скорости тоже давайте не учитывать, ведь скорость электронов в проводнике не велика.

Из всего вами сказанного я сделал такие выводы:
1. Если по двум параллельным проводам пустить одинаковый ток электронов в одном направлении, то магнитное поле появится при движении электронов в одном проводе, относительно положительных ионов в другом проводе и соответственно наоборот. В связи с чем провода начнут притягиваться. И эта сила не будет зависеть от того нахожусь ли я в системе отсчёта проводов или в системе отсчёта движущихся электронов.
2. Если использовать не провода а два параллельных пучка летящих электронов в вакууме с небольшой скоростью (или две тонкие параллельные трубки с вакуумом внутри), то в данном случае мы должны наблюдать другую картину. Т. е. силу которая действует на пучки электронов (трубки).

[Joker_vD]

Во многих курсах электродинамики есть глава "Магнитное поле как релятивистский эффект", почитайте.

[Munin]

Tirrr в сообщении #590877 писал(а):

Конечно спасибо за 4 вектор 2 порядка, но это слишком сложно.

Что, моск взрывается? Не "4 вектор 2 порядка", а 4-тензор 2 ранга. Антисимметричный. Можно ещё рассматривать его как 2-форму в 4-пространстве, довольно наглядно получается, если 4-пространство удастся представить себе наглядно.

Tirrr в сообщении #590877 писал(а):

Должно быть всё же наглядное физическое объяснение происходящему, если это происходит.

Это детски-наивная мечта, что природа будет наглядна и понятна для человека. Нет, человек - это просто случайное порождение эволюции, ненароком поумневшая обезьяна, и природа перед ней никаких обязательств не имеет. У человека наглядным считается то, что было ему привычно в тех эволюционных условиях, где он возник, например, как движется апельсин, если его бросить. А то, что от его привычных условий далеко, наглядным не воспринимается, и необходимо долго тренировать свой ум математикой, чтобы приучиться к тому, что и как происходит в таких областях явлений. Даже векторы и ускорения не наглядны для обезьяны, но школьников настолько много тренируют с ними работать, что они кажутся наглядными. Точно так же происходит потом и с другими математическими сущностями: с тензорами и спинорами, с операторами и функционалами, с преобразованиями и группами, et cetera, et cetera.

Tirrr в сообщении #590877 писал(а):

Из опыта можно исключить кулоновскую силу между параллельными пуками электронов (проводами с током)

Нельзя.

Tirrr в сообщении #590877 писал(а):

ведь если в них отсутствует ток, то и кулоновская сила ничтожна, проводники не испытывают силы, но как только ток появляется, то эта сила легко фиксируется невооружённым глазом или динамометром.

Если вы говорите про проводники, то сил между ними, действительно, нет, из-за точной скомпенсированности. Но как только ток появляется, скомпенсированность нарушается.

Если вы говорите про электроны в вакуумных трубках, то там скомпенсированности нет, и силы между ними огромны, и в тех случаях, когда они не летят направленно.

Tirrr в сообщении #590877 писал(а):

Поправки на большие скорости тоже давайте не учитывать, ведь скорость электронов в проводнике не велика.

Поправки на большие скорости учитывать необходимо, поскольку порядок магнитной силы - тот же, что и порядок поправок на большие скорости. Если вы пренебрегаете этими поправками, на основании того, что скорость не велика, то вы должны и магнитными силами пренебречь, как будто их вообще нет в природе. Пренебрежения надо делать правильно, а не по собственному желанию одно зачёркивать, а другое нет.

Tirrr в сообщении #590877 писал(а):

1. Если по двум параллельным проводам пустить одинаковый ток электронов в одном направлении, то магнитное поле появится при движении электронов в одном проводе, относительно положительных ионов в другом проводе и соответственно наоборот.

Неверно. Магнитное поле появится при движении электронов в одном проводе относительно положительных ионов в том же самом проводе.

[Tirrr]

Tirrr в сообщении #590877 писал(а):

1. Если по двум параллельным проводам пустить одинаковый ток электронов в одном направлении, то магнитное поле появится при движении электронов в одном проводе, относительно положительных ионов в другом проводе и соответственно наоборот.

Munin писал(а):

Неверно. Магнитное поле появится при движении электронов в одном проводе относительно положительных ионов в том же самом проводе.

Мы же хотим найти силу взаимодействия между проводами. И зачем нам тогда рассматривать магнитное поле в одном и том же проводе. Необходимо именно рассмотреть случай появления магнитного поля в одном проводе относительно другого, и как следствие этого определить силу взаимодействия между двумя параллельными проводами.

[Munin]

Tirrr в сообщении #590945 писал(а):

Мы же хотим найти силу взаимодействия между проводами. И зачем нам тогда рассматривать магнитное поле в одном и том же проводе.

Не в проводе, а вокруг провода.

Затем, чтобы потом, рассмотрев второй провод, решить поставленную задачу.

Tirrr в сообщении #590945 писал(а):

Необходимо именно рассмотреть случай появления магнитного поля в одном проводе относительно другого, и как следствие этого определить силу взаимодействия между двумя параллельными проводами.

Не бывает "магнитного поля относительно другого провода". Бывает магнитное поле вообще.