Чем обусловлено правило правой руки в магнитной индукции?

[Ded_mazay]

Может вопрос очень простой, но как не искал, не нашел физического объяснения того факта, что магнитное поле закручивается только в одном направление относительно тока. С чем это связано? Все увиденные ранее объяснения сводятся к произведению векторов и к математике не раскрывая физическую природу явления. А хотелось бы узнать источник силы, закручивающей поле только в одном направлении и то, как она связана с движущимися электронами (это спин влияет или что еще?) в проводнике чтобы устранить этот пробел в знаниях.

[Sicker]

С тем, что $\operatorname{rot}H=\frac{4\pi}{c}j$
Поэтому в другую сторону закручиваться не может

[Oleg Zubelevich]

а не является ли это часом вопросом договоренности?

[Sicker]

В смысле? Мы определяем правую тройку однозначно

[Taus]

Sicker, как назовёте пальцы, такую тройку и будут они образовывать.

[chislo_avogadro]

Ded_mazay в сообщении #993900 писал(а):

А хотелось бы узнать источник силы, закручивающей поле только в одном направлении и то, как она связана с движущимися электронами

Электроны имеют направление движения. Источник силы -- электрический заряд $+$ движение.

[Munin]

Ded_mazay в сообщении #993900 писал(а):

Может вопрос очень простой, но как не искал, не нашел физического объяснения того факта, что магнитное поле закручивается только в одном направление относительно тока. С чем это связано? Все увиденные ранее объяснения сводятся к произведению векторов и к математике не раскрывая физическую природу явления. А хотелось бы узнать источник силы, закручивающей поле только в одном направлении и то, как она связана с движущимися электронами (это спин влияет или что еще?) в проводнике чтобы устранить этот пробел в знаниях.

Вот замечание Oleg Zubelevich ровно в точку. Хотя оно и очень лаконичное, и придётся его долго разжёвывать.

Дело вот в чём. Магнитное поле - это "не настоящий" вектор. Что это значит? Магнитное поле входит в формулы всегда в каком-то специальном виде: через векторное произведение векторов. Вот как выглядит формула для магнитного поля, создаваемого участком тока (закон Био-Савара):

$$d\vec{B}=\dfrac{\mu_0}{4\pi}\dfrac{I\,[d\vec{\ell}\,\vec{R}]}{R^3},$$

а вот как выглядит формула влияния магнитного поля на движущийся электрический заряд:

$$\vec{F}=q\,[\vec{v}\,\vec{B}].$$

О чём это говорит? Каждое векторное произведение $[\vec{a}\,\vec{b}]$ - это своё "правило правой руки". Значит, например, допустим,

 
ток течёт по проводу от нас по горизонтали.

Тогда

 
магнитное поле будет охватывать провод, закручиваясь по часовой стрелке.

А вот что будет происходить с движущимся зарядом:

 
- если заряд будет двигаться вперёд от нас, то он будет притягиваться в сторону провода;
- если заряд будет двигаться вперёд к нам, то он будет отталкиваться в сторону от провода;
- если заряд будет двигаться вокруг провода, поперёк провода, то он не будет испытывать вообще никаких сил;
- если заряд будет двигаться от провода, то он будет толкаться вперёд в сторону тока по проводу;
- если заряд будет двигаться к проводу, то он будет толкаться назад против тока по проводу;

Те формулы, которые я записал выше, - всего лишь короткий способ описать все эти факты.

Итак, что мы видим? Мы видим, что электрический заряд не позволяет нам увидеть никакого "закручивания по часовой стрелке". Всё, что с ним происходит - симметрично по направлениям "направо" и "налево". И вот это - как раз истинный закон природы, истинная сущность магнитного поля.

Но постойте! Кроме электрических зарядов, мы можем измерить магнитное поле и магнитами. Давайте поднесём к проводу магнитную стрелку, и тогда она повернётся одним концом направо, а другим налево. Но каким концом куда? Вот тут мы как раз раскрашиваем концы стрелки по своему желанию - по произволу, по договорённости. Мы договорились конец стрелки, показывающий налево, раскрашивать синим, а конец стрелки, показывающий направо, - красным. Эта договорённость могла бы быть другой, наоборот.

[Sicker]

Просто мы могли бы поменять знак у векторного произведения в силе Лоренца и все

[Munin]

Sicker в сообщении #994015 писал(а):

Просто мы могли бы поменять знак у векторного произведения в силе Лоренца и все

Нет. Мы должны согласованно поменять знаки векторного произведения во всех формулах, где векторное произведение встречается.

[Sicker]

ну да

[prohodjawii]

Извините, что поднимаю старую тему, но меня тоже очень сильно интересует этот вопрос, а ответа тут так и не дали.

Попробую сформулировать вопрос более понятно:

1) Есть правило правой (левой) руки, штопора, и пр... Правило - это не закон природы, а скорее то, как нам лучше запомнить, что в природе и как происходит. Тут всё понятно и вопросов нет.

2) Направление магнитного поля условно приняли таким... Если бы приняли наоборот, то во всех формулах знак + поменялся бы на -. Тут тоже всё понятно и вопросов нет. Приняли - так приняли, пусть будет так.

3) Закон (он же формула), это то же самое правило, только в цифро-буквенном варианте, который позволяет нам что-то там рассчитать. Он напрямую зависит от первых двух пунктов. Тут тоже всё понятно и вопросов никаких нет.

Теперь возвращаемся к самому первому сообщению автора в этой теме. И тут я с ним полностью солидарен. Есть физическое явление, которое хорошо описано. Под это физическое явление придумано правило, написана формула. Это позволяет нам не только демонстрировать существующее физическое явление, но и описывать его словами и что-то там рассчитывать (решать задачи и пр.). Но объяснять существующее физическое явление (его природу происхождения и суть) формулами и правилами, которые мы на основании этого явления написали - это бред. Это всё-равно что говорить, что машина движется из-за того, что её скорость равна отношению пройденного пути к времени движения этой машины.

Так вот вопрос именно в сути происходящего: почему вокруг проводника, по которому течёт ток, возникает электромагнитное поле, которое закручено ВСЕГДА именно в эту сторону, а не в противоположную? (не будем пока уточнять в какую, так как это не важно). Почему при приложении разных потенциалов к проводнику электромагнитное поле ВСЕГДА закручивается в определённую сторону, а не хаотично (сегодня в одну, а завтра в другую). Интересует именно природа происходящего, а не формулы, которые были выведены на основании наблюдений и общепринятых фактов, таких как направление тока от + к - и пр.

[sergey zhukov]

prohodjawii
Никакого закручивания поля в определенную сторону нет. Вы же видели: по поведению заряженной частицы никаких выводов о направлении закручивания поля сделать нельзя. А если использовать для определения закрученности исходного поля другой магнит (магнитная стрелка), поле которого тоже закручено согласно нашей договоренности, то видно, что при любой договоренности взаимодействие этих магнитов одинаково. Опять же ничего не определить.

Мы знаем, что векторное произведение дает вектор, направленный перпендикулярно двум исходным. Но в какую сторону он должен быть направлен? Это и есть договоренность. Он направлен так, чтобы получилась правая тройка, а не левая. Могли бы договориться так, чтобы получалась левая тройка. Тогда поле закручивалось бы наоборот. Направление закручивания поля определяется договоренностью о направлении результата векторного произведения, а оно - о нашей договоренности о то, где у нас правая рука, а где - левая.

Т.е. ваш вопрос сводится к такому: почему у меня каждый раз правая рука справа?

[prohodjawii]

В природе нет векторных произведений. Это мы придумали, чтобы описать те явления, которые мы видим. Поэтому объяснять явление опираясь на формулы - это масло масляное.

Вот представим ситуацию: есть постоянный магнит (U-образный, если хотите), ну или точнее просто магнитное поле. В этом поле проходит проводник перпендикулярно направлению магнитных линий. Теперь подаём напряжение на концы проводника - в нём начинает протекать электрический ток, вокруг проводника образуется электромагнитное поле, оно взаимодействует с полем постоянного магнита и проводник начинает "выталкиваться" из магнитного поля в ту или иную сторону, в зависимости от направления тока в проводнике и направления магнитного поля. Причём все 3 вектора (направление магнитного поля, направление тока в проводнике и направление "выталкивания") взаимно перпендикулярны. Это всё понятно. Непонятно только почему последний вектор направлен ВСЕГДА строго в определённую сторону (при неизменных первых двух векторах). Что заставляет двигаться проводник именно в эту сторону, а не в противоположную? Ведь все векторы взаимно-перпендикулярны. Вот только не нужно меня опять отправлять к формулам. Если бы направление было бы противоположным, а не таким, какое оно есть, то и во всех формулах, на которые Вы меня отправляете, стоял бы знак минус! И вместо правой руки использовали бы левую, так как все эти правила и законы подстраиваются под явления природы, а не наоборот. Что заставляет выталкивать проводник всегда в одну и ту же сторону, причём именно эту, а не в противоположную?

[wrest]

prohodjawii в сообщении #1494898 писал(а):

Непонятно только почему последний вектор направлен ВСЕГДА строго в определённую сторону (при неизменных первых двух векторах). Что заставляет двигаться проводник именно в эту сторону, а не в противоположную?

Потому что одноименные электрические заряды всегда отталкиваются, а разноименные электрические заряды всегда притягиваются. Почему это так, никто не знает. Одноименные "гравитационные заряды" (массы) всегда притягиваются, а разноименных (отрицательной массы) не существует. Почему так, тоже никто не знает. Таким наш мир создал "случай, бог изобретатель."

[warlock66613]

prohodjawii, магнитное поле — не настоящий вектор, его направление — следствие принятых условностей. Не только лево-право, но и направление прямой, вот эта перпендикулярность — это условность. Аналогичная ситуация с вектором угловой скорости.

prohodjawii в сообщении #1494898 писал(а):

так как все эти правила и законы подстраиваются под явления природы, а не наоборот

Правило правой руки — чистый произвол и ни под какое явление природы не подстраивается.