3.2. Електромагнітна взаємодія

3.2.1. Электростатическое поле (поле неподвижных зарядов)

Развитие физики после Ньютона добавило к трём основным (длина, масса, время) величинам электрический заряд с размерностью C. Однако, исходя из требований практики, основанных на удобствах измерения, вместо заряда нередко стал использоваться электрический ток с размерностью I, причём I=C T^{− 1}. Единицей измерения величины заряда является кулон, а силы тока ампер.

Поскольку заряд, как таковой, не существует независимо от несущего его тела, то электрическое взаимодействие тел проявляется в виде той же рассматриваемой в механике силы, служащей причиной ускорения. Применительно к электростатическому взаимодействию двух "точечных зарядов" в вакууме используется закон Кулона:

де - расстояние между зарядами, а ε₀≈ 8.85418781710⁻¹²Ф/м. В однородном (изотропном) веществе в этой системе сила взаимодействия уменьшается в ε раз, где ε - диэлектрическая постоянная среды.

Направление силы совпадает с линией, соединяющей точечные заряды. Графически электростатическое поле принято изображать в виде картины силовых линий, представляющих собой воображаемые траектории, по которым бы перемещалась лишённая массы заряжённая частица. Эти линии начинаются на одном и заканчиваются на другом зарядах.

3.2.2. Электромагнитное поле (поле постоянных токов)

Существование магнитного поля признавалось ещё в средние века китайцами, использовавшим "любящий камень" - магнит, в качестве прообраза магнитного компаса. Графически магнитное поле принято изображать в виде замкнутых силовых линий, густота которых (так же, как и в случае электростатического поля) определяет его интенсивность. Исторически наглядным способом визуализации магнитного поля были железные опилки, насыпаемые, например, на лист бумаги, положенный на магнит.

Эрстед установил, что текущий по проводнику ток вызывает отклонение магнитной стрелки.

Фарадей пришёл к выводу, что вокруг проводника с током создаётся магнитное поле.

Ампер высказал гипотезу, признаваемую в физике, как модель процесса возникновения магнитного поля, заключающуюся в существовании в материалах микроскопических замкнутых токов, обеспечивающих совместно эффект естественного или наведённого магнетизма.

Ампером було встановлено, що в знаходиться у вакуумі системі відліку, стосовно якої заряд знаходиться в русі, тобто поводиться як електричний струм, виникає магнітне поле, інтенсивність якого визначається вектором магнітної індукції , Що лежить в площині, розташованої перпендикулярно по відношенню до напрямку руху заряду.

Одиницею виміру магнітної індукції є тесла: 1 Тл = 1 Т кг с ^-2а^-2Кількісно завдання було вирішено Ампером, вимірювали силу взаємодії двох паралельних провідників з поточними по них струмами. Один з провідників створював навколо себе магнітне поле, другий реагував на це поле зближенням або видаленням з піддається вимірюванню силою, знаючи яку і величину сили струму можна було визначити модуль вектора магнітної індукції.

Силове взаємодія між електричними зарядами, що не перебувають в русі щодо один одного описується законом Кулона. Однак заряди, що знаходяться в русі щодо один одного створюють магнітні поля, за допомогою яких створені рухом зарядів струмів в загальному випадку приходять у стан силової взаємодії.

Принциповою відмінністю сили, що виникає при відносному русі зарядів від випадку їх стаціонарного розміщення, є розходження в геометрії цих сил. Для випадку електростатики сил взаємодії двох зарядів направлена ​​по лінії, що з'єднує їх. Тому геометрія завдання двовимірних і розгляд ведеться у площині, що проходить через цю лінію.

У разі струмів сила, що характеризує магнітне поле, створюване струмом, розташована в площині, перпендикулярній току. Тому картина явища стає тривимірною. Магнітне поле, створюване нескінченно малим по довжині елементів першого струму, взаємодіючи з таким же елементом другого струму, в загальному випадку створює силу, що діє на нього. При цьому для обох струмів ця картина повністю симетрична в тому сенсі, що нумерація струмів довільна.

Закон взаємодії струмів використовується для еталонування постійного електричного струму.