Магнітне поле і електромагнітна індукція

Електродинамічне взаємодія, утворене струмами зміщення поля

<-- Обратный ток электрического смещения

Рухомий позитивний заряд ---->

<-- Обратный ток электрического смещения

На малюнку знаком (+) позначена область, куди перемістився позитивний заряд і де виникає обурення (електричне зміщення поля), тобто поширюється позитивне електричне обурення поля. Знаком (-) позначена область, де раніше був заряд і де зникає обурення, тобто поширюється негативне обурення. Лініями зображено зворотний струм зміщення поля, стрілками - напрям струму. Треба зауважити, що струм зміщення "стікає" в (-) -область, хоча обурення поширюється з (-) -області (аналогія з струмом провідності, де негативно заряджені електрони рухаються в одну сторону, але прийнято вважати, що струм тече в зворотному напрямку ). Поширення обурення з (+) -області збігається з напрямком струму зміщення. Коли рухаються кілька зарядів, треба окремо розглядати кожен рухомий заряд, а потім підсумувати всі струми зміщення, які їх супроводжують, на основі принципу суперпозиції. При русі ланцюжка зарядів поперечні струми зміщення, що мають зустрічний напрямок, взаімонейтралізуются і утворюється постійний зворотний струм зміщення.

<-- Обратные токи смещения

<-- Обратный ток смещения

де r - радіус проводу, I - постійний струм в проводі. Якщо немає зміни щільності струму зміщення, то на рухомий заряд не буде діяти сила Лоренца. Зміна щільності струму зміщення являє магнітну індукцію. Також величина магнітної індукції залежить і від інших факторів, в тому числі і від кривизни, по якій тече струм зміщення. У просторі навколо магніту (в магнітному полі) у безперервний спосіб течуть струми електричного зміщення, які можна виявити, наприклад, як вихрові електричні поля при включенні і виключенні електромагніту. У багатьох випадках магнітне поле зручніше представляти лініями електричного струму зміщення або як рухомі електричні потоки, тим самим через наочності зменшується ймовірність технічних помилок. Наприклад, в навчальній літературі напрям ліній магнітної індукції між обкладинками конденсатора зображено неправильно - у зворотний бік, тобто такий розворот рамок зі струмом (стрілки вказують напрямок струму).

Насправді у магнітного поля між обкладками конденсатора лінії магнітної індукції спрямовані в зворотну сторону. Наприклад, вихрові струми будуть мати зворотний напрямок, так як струми зміщення між обкладинками конденсатора "прямі", а не "зворотні". Всім, хто намагався виміряти магнітне поле, створюване струмами зміщення (НЕ струмами поляризації) в конденсаторі, вдавалося виявити лише магнітне поле, утворене струмами провідності в обкладинках конденсатора. В цьому випадку розворот рамок зі струмом буде виглядати так.

Напрямок магнітної індукції між обкладинками конденсатора можна просто визначити згідно B = μ0 [vD]. сформулювавши правило виникнення магнітної індукції: якщо долоню лівої руки розташувати так, щоб чотири пальці вказували напрямок руху електричного потоку, а вектор D входив в долоню, тоді відставлений великий палець вкаже напрям вектора B. Тобто щоб визначити напрямок ліній магнітної індукції, досить розглянути рух електричних потоків, пов'язаних з зарядами, які рухаються в обкладинках конденсатора. Також зрозуміти, як розгорнеться рамка зі струмом між обкладинками конденсатора, можна за правилом: якщо струми мають однаковий напрямок, то виникає сила тяжіння. Ще напрямок магнітного поля навколо обкладок конденсатора можна визначити за правилом гвинта, якщо розглянути рух зарядів по обкладкам.

Видно, що струм за обкладинками і між ними має протилежний зміст, відповідно, так само як і магнітне поле.

Демонстрація студентам магнітного поля між обкладками конденсатора.

Незважаючи на те, що сьогодні навіть студенти можуть в кабінеті фізики на демонстраційному приладі експериментально перевірити напрямок магнітного поля між обкладками конденсатора, в навчальній літературі продовжують приводити малюнки столітньої давності, де магнітна індукція зображена неправильно - у зворотний бік. Тобто помилково застосовують для струму зміщення поля правило гвинта, ніби забуваючи, що, згідно з електродинаміки, "струм зміщення за своєю суттю - це змінюється з часом електричне поле", а не рух зарядів. Правило свердлика, як і правило лівої руки - тільки для рухомих зарядів. Струм зміщення не відхиляється в магнітному полі, як, наприклад, катодні промені, і на нього не діє сила Лоренца (Ампера), так як це змінюється електричне поле і можна застосовувати тільки принцип суперпозиції. Розглянемо ще один приклад. Візьмемо два циліндра, один з яких має електричний заряд, тоді як інший представляє собою постійний магніт. Якщо закріпити їх на одній осі, що проходить через центр циліндрів, як зображено на малюнку, і почати обертати (синхронно і в одному напрямку), то в залежності від напрямку обертання циліндри будуть або притягатися, або відштовхуватися, так як заряджений циліндр буде своїм обертанням створювати кругової електричний струм і, відповідно, магнітне поле.