Сила взаємодії, рухомих зарядів - студопедія

Припустимо, що два позитивних точкових заряди q і Q знаходяться в спокої щодо інерціальній системи відліку ХУZ в вакуумі на відстані r один від одного. Між ними діє кулоновская сила відштовхування. (8)

Знайдемо, які сили діють між цими зарядами в системі координат Х * У * Z *. яка рухається вздовж осі Х зі швидкістю v (рис. 2).

Використовуючи формули (6.7) і (6.8), отримаємо

Таким чином, щодо системи відліку Х * У * Z * заряди q і Q вже не перебувають у спокої, а рухаються зі швидкістю паралельно один одному. Сила взаємодії між зарядами в цій системі відліку менше, ніж в ХУZ, щодо якої вони спочивають.

Уявімо формулу (9) у вигляді:

Уявімо формулу (3.10) у вигляді двох доданків

Перший доданок в останньому виразі представляє собою електричну складову поперечної сили:

Другий доданок визначає магнітну складову поперечної сили:

Порівняємо сили і, отримаємо

Для електронів провідності це відношення

Отже, магнітна складова поперечної сили значно менше електричної. Тому при розрахунку сил взаємодії між вільними зарядами можна знехтувати магнітними силами і для цього використовувати формули електростатики. Зовсім інша картина спостерігається, коли заряди рухаються в провіднику. Дійсно, в металах є вільні електрони, що рухаються усередині іонної решітки. Сумарний заряд іонів і електронів дорівнює нулю, так як заряди в провіднику розподілені рівномірно.

Отже, результуюча напруженість електричного поля іонної решітки та електронного газу дорівнює нулю, і, значить, навколо провідника електричне поле відсутнє.

Тому провідники при відсутності струму в них не взаємодіють.

Однак при пропущенні струму по паралельно розташованим провідникам між ними виникає сила магнітного взаємодії, тому що навколо провідників зі струмом виникають магнітні поля. Струм в провіднику - це впорядкований рух електронів. Напруженість поперечного електричного поля рухомого заряду трохи більше електричного поля нерухомого заряду. Швидкість упорядкованого руху електронів багато менше їх теплової швидкості, тим більше - швидкості світла. Значить практично напруженість електричного поля електронів провідності і при наявності струму компенсована напруженістю електричного поля іонної решітки.

Залишається некомпенсованою тільки магнітна сила взаємодії рухомих зарядів. Через велику кількість носіїв в металах вона стає досить значною.

Таким чином, сили взаємодії між рухомими електричними зарядами відрізняються від сил взаємодії між нерухомими зарядами.