Что создает электрический ток вокруг себя

Что создает электрический ток вокруг себя

Неподвижные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле.
Движущиеся заряды создают вокруг себя электрическое поле и магнитное поле.

Взаимодействие токов

Между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, которые можно определить по закону Кулона.
Каждый из зарядов создает свое электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами (например, в проводниках с электрическим током) называют магнитными.
А силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами

.

Если параллельно расположенные проводники соединить так, чтобы в них:

— возникли токи одинакового направления, то проводники начнут притягиваться друг к другу;
— возникли токи противоположного направления, то проводники начнут отталкиваться друг от друга.

Магнитное поле

В пространстве, окружающем движущиеся заряды (или электрические токи) возникает поле, называемое магнитным.

Электрический ток в проводнике создает вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток в другом проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника, действует на первый.

Свойства магнитного поля:

1. магнитное поле порождается электрическим током (направленно движущимися зарядами).
2. магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (на движущиеся заряды).

Замкнутый контур с током в магнитном поле

1. Однородное магнитное поле оказывает на рамку ориентирующее действие.
Если подвесить на гибких проводах плоскую рамку с током между полюсами магнита (т.е. в однородном магнитном поле), то рамка будет поворачиваться до тех пор, пока ее плоскость не установится перпендикулярно линии, соединяющей полюсы магнита.

2. В неоднородном магнитном поле рамка, кроме поворачивания, будет двигаться поступательно, притягиваясь к проводнику с током или отталкиваясь от него.
Если подвесить рамку с током рядом с проводником тока, то рамка тоже поворачивается и располагается так, что провод оказывается в плоскости рамки, а кроме того, в зависимости от направления токов в проводнике и рамке, притягиваться или отталкиваться от него.
При изменении направления тока в проводе рамка повернется на 180°.

Движущиеся заряды (электрический ток) создают магнитное поле.
Вокруг любых направленно движущихся зарядов возникает магнитное поле.
Оно также появляется, если в пространстве существует электрическое поле, изменяющееся со временем.

Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток.

Источник

Представление о магнитном поле

Мы все знаем, что такое постоянные магниты. Магниты – это металлические тела, притягивающиеся к другим магнитам и к некоторым металлам. То, что располагается вокруг магнита и взаимодействует с окружающими предметами (притягивает или отталкивает некоторые из них), называется магнитным полем.

Источником любого магнитного поля являются движущиеся заряженные частицы. А направленное движение заряженных частиц называется электрическим током. То есть, любое магнитное поле вызывается исключительно электрическим током.

За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если же движутся отрицательные заряды, то направление тока считается обратным движению таких зарядов. Представьте себе, что по кольцевой трубе течет вода. Но мы будем считать, что некий «ток» при этом движется в противоположном направлении. Электрический ток обозначается буквой I.

В металлах ток образуется движением электронов – отрицательно заряженных частиц. На рисунке ниже, электроны движутся по проводнику справа налево. Но считается, что электрический ток направлен слева направо.

Это произошло потому, что когда начали изучение электрические явления, не было известно, какими именно носителями чаще всего переносится ток.

Если мы посмотрим на этот проводник с левой стороны, так, чтобы ток шел «от нас», то магнитное поле этого тока будет направлено вокруг него по часовой стрелке.

Если рядом с этим проводником расположить компас, то его стрелка развернется перпендикулярно проводнику, параллельно «силовым линиям магнитного поля» — параллельно черной кольцевой стрелке на рисунке.

Если мы возьмем шарик, имеющий положительный заряд (имеющий дефицит электронов) и бросим его вперед, то вокруг этого шарика появится точно такое же кольцевое магнитное поле, закручивающееся вокруг него по часовой стрелке.

Ведь здесь тоже имеет место направленное движение заряда. А направленное движение зарядов есть электрический ток. Если есть ток, вокруг него должно быть магнитное поле.

Движущийся заряд (или множество зарядов – в случае электрического тока в проводнике) создает вокруг себя «тоннель» из магнитного поля. Стенки этого «тоннеля» «плотнее» вблизи движущего заряда. Чем дальше от движущегося заряда, тем слабее напряженность («сила») создаваемого им магнитного поля. Тем слабее реагирует на это поле стрелка компаса.

Закономерность распределение напряженности магнитного поля вокруг его источника такая же, как закономерность распределения электрического поля вокруг заряженного тела – она обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника поля.

Если положительно заряженный шарик перемещается по кругу, то кольца магнитных полей, образующихся вокруг него по мере его движения, суммируются, и мы получим магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, в которой перемещается заряд:

Магнитный «тоннель» вокруг заряда оказывается свернутым в кольцо и напоминает по форме тор (бублик).

Такой же эффект получается, если свернуть в кольцо проводник с током. Проводник с током, свернутый в многовитковую катушку называется электромагнитом. Вокруг катушки складываются магнитные поля движущихся в ней заряженных частиц — электронов.

А если заряженный шарик вращать вокруг его оси, то у него появится магнитное поле, как у Земли, направленное вдоль оси вращения. В данном случае током, вызывающим появление магнитного поля, является круговое движение заряда вокруг оси шарика – круговой электрический ток.

Здесь, по сути, происходит то же самое, что и при движении шарика по кольцевой орбите. Только радиус этой орбиты уменьшен до радиуса самого шарика.

Все сказанное выше справедливо и для шарика заряженного отрицательно, но его магнитное поле будет направлено в противоположную сторону.

Данный эффект был обнаружен в опытах Роуланда и Эйхенвальда. Эти господа регистрировали магнитные поля вблизи вращающихся заряженных дисков: рядом с этими дисками начинала отклоняться стрелка компаса. Направления магнитных полей в зависимости от знака заряда дисков и направления их вращения, показаны на рисунке:

При вращении незаряженного диска, магнитные поля не обнаруживались. Не было магнитных полей и вблизи неподвижных заряженных дисков.

Модель магнитного поля движущегося заряда

Чтобы запомнить направление магнитного поля движущегося положительного заряда, мы представим себя на его месте. Поднимем правую руку вверх, затем укажем ею направо, затем опустим ее вниз, затем укажем влево и вернем руку в исходное положение – вверх. Затем повторим это движение. Наша рука описывает круги по часовой стрелке. Теперь начнем движение вперед, продолжая вращать рукой. Движение нашего тела – аналог движения положительного заряда, а вращение руки по часовой стрелке – аналог магнитного поля заряда.

Теперь представьте себе, что вокруг нас находится тонкая и прочная эластичная паутина, похожая на струны пространства, которые мы рисовали, создавая модель электрического поля.

Когда мы движемся сквозь эту трехмерную «паутину», из-за вращения руки, она, деформируясь, смещается по часовой стрелке, образуя подобие спирали, словно бы наматываясь в катушку вокруг заряда.

Сзади, за нами, «паутина» восстанавливает свою правильную структуру. Примерно так можно представлять себе магнитное поле положительного заряда, движущегося прямо.

А теперь попробуйте двигаться не прямо вперед, а по кругу, например, поворачивая при ходьбе налево, при этом вращая рукой по часовой стрелке. Представьте себе, что вы движетесь через нечто, напоминающее желе. Из-за вращения вашей руки, внутри круга, по которому вы движетесь, «желе» будет смещаться вверх, образуя горб над центром круга. А под центром круга, образуется впадина из-за того, что часть желе сместилось вверх. Так можно представлять себе формирование северного (горб сверху) и южного (впадина снизу) полюсов при движении заряда по кольцу или его вращения.

Если при ходьбе вы будете поворачивать направо, то «горб» (северный полюс) сформируется снизу.

Аналогично можно сформировать представление о магнитном поле движущегося отрицательного заряда. Только вращать рукой нужно в противоположную сторону – против часовой стрелки. Соответственно, магнитное поле будет направлено в противоположную сторону. Просто каждый раз следите за тем, в какой сторону ваша рука выталкивает «желе».

Такая модель наглядно демонстрирует то, почему северный полюс одного магнита притягивается к южному полюсу другого магнита: «горб» одного из магнитов втягивается во «впадину» второго магнита.

И еще эта модель показывает, почему не существуют отдельных северных и южных полюсов магнитов, как бы мы их не разрезали – магнитное поле представляет собой вихревую (замкнутую) «деформацию пространства» вокруг траектории движущегося заряда.

У электрона было обнаружено магнитное поле, такое, какое у него должно быть в том случае, если бы он был шариком, вращающимся вокруг своей оси. Это магнитное поле назвали спином (от английского to spin — вращаться).

Кроме того, у электрона существует еще и орбитальный магнитный момент. Ведь электрон не только «вращается», но движется по орбите вокруг ядра атома. А движение заряженного тела порождает магнитное поле. Так как электрон заряжен отрицательно, магнитное поле, вызванное его движением по орбите, будет выглядеть так:

Если направление магнитного поля, вызванного движением электрона по орбите, совпадает с направлением магнитного поля самого электрона (его спином), эти поля складываются и усиливаются. Если же эти магнитные поля направлены в разные стороны, они вычитаются и ослабляют друг друга.

Кроме того, могут суммироваться или вычитаться друг из друга магнитные поля других электронов атома. Этим объясняется наличие или отсутствие магнетизма (реакции на внешнее магнитное поле или наличие собственного магнитного поля) некоторых веществ.

Эта статья — отрывок из книги об азах химии. Сама книга здесь:
sites.google.com/site/kontrudar13/himia

UPD: Материал предназначен, в первую очередь, для школьников средних классов. Возможно, Хабр не место для подобных вещей, Но где место? Нет его.

Источник

lsvsx

Всё совершенно иначе!

Истина где-то посередине. Так давайте подгребать к ней не теряя достоинства.

Друзья, знать устройство окружающей нас природы крайне важно! Поэтому я хочу рассказать вам об одном нюансе, который не упоминается ни в одном учебнике физики. Как мне кажется, он вообще выпал из поля зрения учёных.

Вспомним общепризнанное определение электрического тока. Электроток — это направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда. Такими носителями могут являться: в металлах — свободные электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны. Электрический заряд, в свою очередь, — это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся, прежде всего, в способности создавать вокруг себя электрическое поле и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела.

Справка: «Электрическое поле — это особый, отличный от вещества вид материи, через которую передаётся действие одних заряженных тел на другие».

Несколько слов о строении вещества. Все вещества в отличие от материи, формирующей различные силовые поля, состоят из сложносоставных атомов химических элементов.

Каждый атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются имеющие отрицательный заряд электроны. Сами ядра атомов состоят из протонов, положительно заряженных частиц, и нейтральных частиц — нейтронов. Соответственно, ядро атома заряжено положительно, электроны — отрицательно.

Под воздействием внешних сил атомы химических элементов могут потерять или приобрести электроны. Такие атомы называются ионами.

Электрон, движущийся не по орбите атома и не испытывающий силы притяжения ядра атома, принято называть свободным электроном.

Именно поток свободных электронов образует в проводниках электрический ток.

Любое тело считается электрически нейтральным, если положительное и отрицательное электричество находятся в нём в равных количествах, а точнее, если число электронов в теле равно числу протонов, находящихся в атомах, образующих это тело.

Если в каком-то теле электронов меньше чем протонов, то такое тело принято считать положительно заряженным, а если электронов больше чем протонов, то такое тело принято считать отрицательно заряженным.

Это всё общепринятая терминология и теория.

Вникаем теперь! Всякий электрон, как основная частица электричества, носитель отрицательного заряда, создаёт вокруг себя так называемое электрическое поле, которое действует на другие электроны и их электрические поля как отталкивающая сила. Особенно наглядно это видно в опытах с электростатически заряженными телами.

Таким образом, очевидно, что избыточное количество свободных электронов в том или ином теле сообщает этому телу отрицательный заряд, а вместе с ним создаёт нескомпенсированное протонами электрическое поле, действующее на все свободные электроны как расталкивающая их сила. Это нескомпенсированное протонами электрическое поле, образованное электрическими зарядами, может быть однородным или неоднородным.

Например, на поверхности заряженной проводящей сферы электрическое поле однородно. То есть, его напряжённость везде одинакова.

На поверхности проводящего тела с разной кривизной поверхности электрическое поле неоднородно.

С неоднородностью так называемой напряжённости электрического поля связана разная поверхностная плотность электрических зарядов.

Повторюсь: с величиной напряжённости электрического поля прямо связана величина поверхностной плотности электрических зарядов.

Если напряжённость электрического поля будет в силу каких-то причин изменяться, то вместе с этим будет изменяться поверхностная плотность электрических зарядов!

Это важно запомнить! Это как раз тот нюанс, который как будто выпал из поля зрения физиков.

Справка: «Силовые линии, исходящие от заряженного проводящего тела неправильной формы, сгущаются вблизи любого выступа или острия, а вблизи вогнутостей или полостей густота силовых линий уменьшается. Вблизи острия электрическое поле очень сильное. Оно может оказаться настолько сильным, что под его действием блуждающий электрон будет в состоянии покинуть заряженное тело и бомбардировать молекулы воздуха. »

Цитата и рисунок из книги Эрика Роджерса «Физика для любознательных», Том 3, стр. 111-112.

Там, где напряжённость электрического поля выше (вблизи выступов или острых углов), там, соответственно, выше и поверхностная плотность электрических зарядов. Это аксиома электростатики. Смотрите рисунок:

Получается, когда электрический генератор электростанции или радио-передатчик начинает вырабатывать переменное электрическое напряжение, на его соединительных клеммах изменяется как потенциал электрического поля, именуемый ЭДС (электродвижущей силой), так и объёмная/поверхностная плотность свободных электронов, готовых перескочить под воздействием ЭДС на любой подключаемый к клеммам генератора электростанции или радиопередатчика токопровод, даже не образующий замкнутую цепь.

Так, если к клеммам генератора электростанции или радиопередатчика подключить провода, не образующие замкнутую цепь, то под воздействием изменяющегося потенциала электрического поля на их поверхности тоже начнёт изменяться плотность свободных электрических зарядов, в строгом соответствии с законами электростатики.

Иными словами, в незамкнутых проводниках, подключенных одним концом к электрическому генератору или к выходному каскаду радиопередатчика, наблюдается сразу два процесса: по проводам начинает двигаться со скоростью света электрическое поле в виде упругой продольной волны, имеющей области повышенной и пониженной напряжённости, и одновременно с движением по незамкнутым проводникам продольной волны электрического поля на их поверхности происходит увеличение или уменьшение плотности электрических зарядов (свободных электронов) в соответствии с законами электростатики.

Увеличение или уменьшение плотности электрических зарядов на поверхности проводников под воздействием движущегося электрического поля выглядит как поверхностный ток. Причём скорость этого тока смещения, вызванного расталкиванием (перераспределением) поверхностных зарядов под действием кулоновских сил, близка к скорости движения электрического поля по проводам, которая в свою очередь близка к скорости света в вакууме.

Из этого следует два очень важных вывода:

1. Описанный во всех учебниках и справочниках по физике так называемый «скин-эффект» (поверхностный электрический ток) объяснён учёными неправильно, без учёта описанного выше нюанса.

2. В радиопередающих вибраторных антеннах порождают радиоизлучения отнюдь не поля, электрическое и магнитное, как это предполагали шотландский учёный Д.К.Максвелл, создатель «Электромагнитной теории света», и немецкий учёный Г.Герц, создатель первого в мире радиопередатчика, а их порождают непосредственно свободные электроны, носители электричества, движущиеся по поверхности проводников как высокочастотные токи смещения.

Кстати, Генрих Герц сумел создать первый в мире радиопередатчик только потому, что он экспериментировал в ту пору именно с незамкнутыми электрическими цепями и изучал протекание в них высокочастотных токов.

Вот схематичное изображение линейного полуволнового излучателя радиоволн и рамочного регистратора радиоволн, которые применял в своём опыте Генрих Герц.

Учитывая, что современная физика как ни в чём ни бывало продолжает придерживаться взглядов Максвелла и Герца именно на полевой процесс порождения радиоволн, который противоречит новейшей квантовой теории света, я и решил рассказать всем о нюансе, который как будто выпал из поля зрения учёных-физиков:

Повторюсь ещё раз. Когда благодаря работе высокочастотного электрического генератора переменного напряжения на концах незамкнутых проводников происходит изменение потенциала а затем и знака напряжённости электрического поля, в самих незамкнутых проводниках со скоростью света распространяется волна этого переменного электрического поля. Причём в теле проводников электрическое поле движется как упругая продольная волна, имеющая области повышенной и пониженной плотности/напряжённости.

А так как по законам электростатики с величиной напряжённости электрического поля прямо связана величина поверхностной плотности электрических зарядов, то вслед за движением волны электрического поля в теле проводников на их поверхности за счёт кулоновских сил происходит быстрое перераспределение свободных зарядов.

Это быстрое перераспределение свободных зарядов на поверхности проводников представляет собой высокочастотный ток смещения, в котором электроны движутся то с ускорением, то с торможением.

Вот этот поверхностный высокочастотный ток смещения, который можно назвать высокочастотным электростатическим током (потому что он порождается по законам электростатики), и является непосредственным создателем радиоволн как в «диполе Герца», так и во всех других антеннах радиопередающих устройств.

Так как всякий электрический ток в проводниках есть упорядоченное движение электронов, то в данном случае буквально каждый электрон, образующий высокочастотный электростатический ток, является миниатюрным излучателем «квантов» радиоволны.

Кстати, в своё время фактически это же самое пытался объяснить учёным-физикам и американский инженер Никола Тесла, однако, учёные-физики почему-то не стали слушать простого инженера, пусть и очень талантливого. В итоге, в науке о природе «воз и ныне там. » Учителя вот уже более 100 лет скармливают ученикам и студентам в значительной степени ошибочную теорию света Д.К.Максвелла, которая откровенно противоречит квантовой теории света.

Molegero: то есть связи магнитного поля и электрического у автора нет?

Антон Благин: вам указали только на нюанс, который как будто выпал из поля зрения физиков, а это не предполагает подробный рассказ всего курса электродинамики. С другой стороны, что такое магнитное поле, которое всегда вихревое?

Какая связь этого образа с электродинамикой?

Летящая пуля в нашем случае — электрическое поле, распространяющееся в проводниках со скоростью света.

Как макрообъект магнитное поле возникает только в том случае, когда под действием ЭДС возникает упорядоченное движение электронов. Как микрообъект магнитное поле всегда присутствует вокруг каждого электрона, в силу его вращения вокруг своей оси. Поэтому инженер Тесла назвал в своё время магнитное поле побочным продуктом электрического тока!

Когда электрический ток создаётся в проводниках, часть электрической энергии расходуется на раскручивание магнитных макровихрей, этаких накопителей кинетической энергии, которые в электротехнике могут совершать ту или иную полезную работу, например, в электродвигателях, но непосредственно в излучении радиоволн магнитное поле не участвует в силу своей вихревой природы.

Изобретение в 1895 году рентгеновской трубки и в 1912 году магнетрона а также теория их работы убедительно доказали (на уровне очевидного), что радиоизлучения порождают не поля, а исключительно электроны, причём когда они движутся с торможением.

Гульмира: если новая теория позволяет усовершенствовать саму конструкцию технически, сделав её более энергоэффективной, мощной и т.д., то она дает практическое преимущество. Но если новая теория просто позволяет иначе трактовать ту же самую конструкцию, не меняя её реально, то она по факту ничего не меняет. Это просто другая точка зрения. А спор о точках зрения — это спор о том, с какой стороны правильнее разбивать яйца.

Антон Благин: вы ошибаетесь и упускаете из вида такое понятие как МИРОВОЗЗРЕНИЕ. За десятилетия изучения физики и радиотехники я понял, что усилиями команды «Эйнштейн и Ко» у человечества было отнято представление о самом фундаменте природы — мировой среде. И сейчас в физике мы имеем парадокс: снаружи проводника, находящегося в Космосе (на орбитальной станции), якобы находится абсолютно пустое пространство — «физический вакуум», а внутри проводника имеется некая «особая материя», которая при определённых условиях может приобретать формы электрического и магнитного полей.

Тот факт, что электрическое поле распространяется в теле провода со скоростью света, говорит (буквально шепчет мне на ухо!), что снаружи провода находится не «физический вакуум», а та же самая «особая материя», которую приводят в движение (вызывают в ней сжатие и разряжения) электрические заряды, движущиеся по наружной поверхности проводов как переменный электростатический ток.

Вот такое Мировоззрение даёт думающим людям моя нынешняя статья. Главное, захотеть увидеть это своим мысленным взором!

Aleks: вам не надоело делать «сенсационные открытия»? В любом учебнике по радиотехнике изложено, что радиопередатчик так или иначе создаёт переменный сигнал в виде переменного напряжения, это переменное напряжение подводится к антенне и под воздействием этого переменного напряжения в антенне возникает переменный ток, который уже и создает переменное электромагнитное поле, которое излучает антенна. Именно переменный ток в антенне излучает в окружающее пространство переменное электромагнитное поле. И что упустили физики? Что вы все ищите черную кошку в темной комнате, когда этой кошки там нет?

Пример: С.И.Надененко, книга «Антенны», 1959 год. Гл.1, §1.1. Первое же предложение: «Источниками радиоволн являются изменяющиеся во времени заряды и токи, возбуждаемые сторонними электродвижущими силами. » А процесс создание электромагнитных волн переменным током описывается в электродинамике, это раздел физики.

Антон Благин: Это утверждение правильное: «Источниками радиоволн являются изменяющиеся во времени заряды и токи, возбуждаемые сторонними электродвижущими силами. » Но это абстракция, скрывающая конкретику. Я же объяснил в своей статье, что «радиоволны порождаются изменяющимися во времени зарядами и токами, возникающими исключительно на поверхности радиоантенн за счёт действия кулоновских сил. То есть, на излучение работают исключительно электростатические токи, имеющие качественное отличие от гальванических или индукционных токов, протекающих в теле проводов».

В электростатических токах электроны движутся в тысячи раз быстрее, чем в гальванических или в индукционных токах. Кроме меня ещё кто-то это объясняет?! А ведь в этом и состоит главный секрет механизма рождения излучений в антеннах радиопередающих устройств!

Aleks: да не фантазируйте! Что такое электростатические токи? Электростатика это наука о неподвижных зарядах! Какие, нафиг, токи при неподвижных зарядах? Электромагнитные поля излучаются переменными токами. Изучайте электродинамику, там все давно написано!

Антон Благин: вот что говорил гений электричества Никола Тесла на лекции «О свете и других высокочастотных явлениях» в Институте Франклина (Филадельфия) в феврале 1893 года: «Первый класс эффектов, которые я собираюсь показывать Вам – это эффекты, производимые электростатической силой. Это сила, которая управляет движением атомов, обуславливает их столкновения, и порождает энергию тепла и света. Эта сила также служит причиной агрегации атомов бесконечным количеством способов, в соответствии с фантастическими проектами Природы, и образует все те изумительные структуры, которые мы видим вокруг себя.

Если наши нынешние представления верны, то это наиболее важная для нас сила в Природе. Как термин, электростатика может подразумевать устойчивое электрическое состояние, но нужно заметить, что в наших экспериментах эта сила не постоянна, она изменяется с частотой, которую можно рассматривать как умеренную – миллион раз в секунду, или около того. Это позволяет мне воспроизвести множество эффектов, которые с силой постоянной величины произвести невозможно».

Надеюсь я ответил на вопрос малообразованного человека: «Какие, нафиг, электростатические токи при неподвижных зарядах?»

Источник