§ 7. электромагнитное поле

Многие экспериментальные факты демонстрируют тесную связь между электрическим и магнитным полями. При этом электрическое поле может возникать в двух случаях: (1) из-за наличия электрических зарядов (см. «Электростатическое поле» в курсе физики для 10 класса), (2) при изменении магнитного поля (§ 5). В то же время магнитное поле, как нам известно, возникает только в одном случае - при движении электрических зарядов (§ 1). Считая, что электрическое и магнитное поля являются лишь частными проявлениями единого электромагнитного поля, Максвелл выдвинул гипотезу (впоследствии подтвержденную на опыте) о том, что магнитное поле может возникать не только при движении зарядов, но и при любом изменении электрического поля.

Согласно гипотезе Максвелла изменяющееся электрическое поле создаёт вихревое магнитное поле аналогично тому, как изменяющееся магнитное поле приводит к возникновению вихревого электрического поля. На рис. 7 показано, как возникает вихревое магнитное поле между обкладками плоского конденсатора при его зарядке током I. Видно, что при изменении электрического поля между пластинами конденсатора возникает магнитное поле, похожее на то, как если бы между пластинами протекал электрический ток.

Гипотеза Максвелла дала возможность построить полную систему взаимосвязей между электрическими и магнитными полями – теорию электромагнитного поля. Основой теории электромагнитного поля является система дифференциальных уравнений Максвелла, связывающая различные характеристики электрического и магнитного полей.

Явление электромагнитной индукции и гипотеза Максвелла убеждают нас в том, что электрическое и магнитное поле не могут существовать отдельно друг от друга. Например, нельзя создать переменное магнитное поле, не создав при этом переменное электрическое поле, так как согласно закону электромагнитной индукции переменное магнитное поле вызовет переменное электрическое поле. И наоборот, создавая переменное электрическое поле, мы обязательно создадим переменное магнитное поле.

Существование в данной точке только магнитного или только электрического поля зависит от системы отсчёта, в которой мы ведём наблюдения. Например, покоящийся электрический заряд создает только электрическое поле. Но если тот же заряд движется относительно наблюдателя или наблюдатель движется относительно заряда, то поле в данной точке оказывается уже не только электрическим, но отчасти и магнитным, так как движение заряда создаёт вокруг магнитное поле. То же касается и поля, создаваемого постоянным магнитом – в системе отсчёта, связанной с магнитом, регистрируется только магнитное поле, а в системе отсчёта, движущейся относительно магнита, присутствует ещё и вихревое электрическое поле. Поэтому перед тем, как утверждать, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле, необходимо указывать систему отсчёта, в которой делаются наблюдения.

Электромагнитное поле – особая форма материи, осуществляющая взаимодействие между заряженными частицами, проявление которой зависит от выбранной системы отсчёта.

Вопросы для повторения:

·        Какие опыты демонстрируют тесную связь между электрическими и магнитными полями?

·        В каких случаях возникают электрические и магнитные поля?

·        В чём состоит гипотеза Максвелла?

·        Почему, говоря о существовании только электрического или только магнитного поля в данной точке, надо всегда указывать систему отсчёта?

 

 

Рис. 7. К объяснению гипотезы Максвелла. Возникновение магнитного поля при изменении электрического поля между пластинами конденсатора при его зарядке. Линии магнитной индукции – синие концентрические окружности, охватывающие силовые линии электрического поля.