naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Сила из скорости. Часть третья


репетитор,гдз,преподователь,учитель
Сила из скорости. Часть вторая К содержанию Что такое фотон
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Ранее мы выясняли, что электрическое поле может проделать работу, причем, каждая точка электрического поля обладает потенциалом и потенциал этот в точности равен той работе, которую совершает электрическое поле по переносу единицы количества положительного электричества из данной точки в бесконечность. Но для того, чтобы совершить работу, нужно затратить определенное количество энергии. Вопрос: откуда эта энергия берется?

Когда в электрическом поле есть единица положительного количества электричества, то это одно поле. Если единицу положительного количества электричества из поля убрать, то это уже совсем другое поле. Вот и получается, что когда поле совершает работу по переносу единицы количества положительного электричества из данной точки в бесконечность, оно меняется и при этом теряет часть своей энергии, ровно столько, сколько нужно, чтобы совершить работу.

Теперь вспомним путешествие в лодке с мачтой-магнитом. Вот проплыли мы вокруг проводника с током полный оборот, вернулись в ту самую точку, откуда стартонули. Магнитное поле точно такое же, каким оно было в начале путешествия, поскольку мачта-магнит на том же месте стоИт и по проводу течет то же самый ток. Вопрос: откуда взялась энергия? Вот, например, если стальной шарик к магниту притягивается, то поле магнита как раз и совершает работу по передвижению шарика, но само поле при этом меняется. А в случае путешествия на лодке с магнитом поле действительно не меняется. В данном случае источником энергии является батарейка, ведь ток в проводнике создает она. Из батарейки электрическая энергия передается к проводнику, а от туда через магнитное поле к лодке.

Теперь представим вот что: у нас та же самая чашка Фарадея с ртутью и лодкой и тот же самый проводник, только теперь батарейки нет, а проводник замкнут (рис. 1).


Предположим, что материал проводника, ртуть в чашке, да и сама чашка - это так называемые сверхпроводники, т.е. их электрическое сопротивление равно нулю. Если мы однажды пропустим по проводнику электрический ток, он будет течь и создавать вокруг себя магнитное поле сколько угодно времени. Пропустив электрический ток, мы затратили какое-то количество энергии, причем, затратили ее как раз на создание магнитного поля. Теперь эта энергия никуда не тратится. Лодка стоИт на месте, заряды движутся по проводнику, ну а поскольку сопротивление равно нулю, ничего их движению не мешает, никакая сила противодействия не действует. Раз нет силы - нет работы.

Садимся в лодку, весла в руки и вперед! Сделали один полный оборот. Что получилось? Получилось, что ток в проводнике уменьшился. Сколько работы было совершено на пути вокруг проводника, столько энергии было затрачено. Энергия могла взяться только из магнитного поля. И эта энергия есть не что иное, как часть той энергии, которая первоначально была затрачена на создание тока в проводнике.

Электрический ток - это количество электричества, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени, или, другими словами, сила электрического тока - это то же самое, что и скорость движения зарядов по проводнику. Зарядов в проводнике сколько было, столько и осталось, поскольку проводник замкнут. Значит, уменьшение тока может означать только одно: уменьшилась скорость движения этих зарядов. Но уменьшение скорости - это ускорение, а для того, чтобы сообщить любому объекту, обладающему массой (электрон ведь обладает массой), ускорение, нужно подействовать на него силой. А заряд испытывает действие силы только в том случае, если он находится в электрическом поле. Вот и получается, что двигаясь в лодке вокруг проводника, мы создали электрическое поле, которое притормозило заряды и уменьшило электрический ток.

Ну а теперь, как уже стало обычным делом, включаем фантазию. Только включаем на полную мощность... Итак, отправимся в космос, где нет никаких гравитационных полей. Возьмем две ракеты. В одну из них положим количество положительного электричества, в другую - количество магнетизма, можно северного, можно южного. Да, все верно, не бывает в природе количества магнетизма, но чуть выше говорилось: фантазируем на полную мощность. К тому же, опыты Фарадея были на самом деле, в чашке с ртутью ему удалось "утопить" один из полюсов магнита. Вот и мы представим, что есть у нас количество магнетизма. Короче говоря, одна ракета электрическая, другая магнитная. Представим в пространстве две взаимно перпендикулярные плоскости. Электрическая ракета может двигаться только в вертикальной плоскости, магнитная - в горизонтальной (рис. 2).


Включаем двигатель электрической ракеты и летим по кругу (как на рисунке). Каждый раз, когда электрическая ракета приближается к горизонтальной плоскости и пересекает ее, внутри круга, нарисованного на горизонтальной плоскости, меняется напряженность электрического поля. Меняется напряженность электрического поля, возникает магнитное поле. Вторая ракета тоже начинает двигаться по кругу. Также, как магнит в опыте Фарадея (см. эту страницу).

Обе ракеты ведут себя в полном соответствии с законом Максвелла. Пусть сила, развиваемая двигателем электрической ракеты, равна f, а электрическая ракета прошла путь равный l. Тогда ее двигатель совершил работу, равную fl. Вся эта работа могла затратиться только на приведение в движение магнитной ракеты. Ведь никаких других препятствий движению в космосе нет. Если магнитная ракета двигалась по кругу с таким же радиусом, что и электрическая ракета, и прошла тот же путь, то и сила, с которой магнитное поле действовало на магнитную ракету, должна была быть в точности равной силе, с которой двигатель действовал на электрическую ракету.

Теперь останавливаем двигатель электрической ракеты и запускаем двигатель магнитной ракеты. Магнитная ракета двигается по горизонтальной плоскости, пересекает вертикальную плоскость, удаляется от нее и снова приближается. Внутри круга, нарисованного на вертикальной плоскости, изменяется магнитная индукция, и эти изменения порождают электрическое поле. Электрическое поле действует на количество электричества в электрической ракете, и электрическая ракета начинает движение.

И чё? Да ни чё. Помните про катушку и магнит Фарадея, точнее, про его задачу превратить магнетизм в электричество? По сути, движение заряда, помещенного в электрическую ракету - это и есть электрический ток. Важно не это. Здесь количество работы, совершенной двигателем магнитной ракеты, должно быть в точности равно той работе, которую совершает электрическое поле, перемещая электрическую ракету. Электрическая и магнитная ракеты ничем друг от друга не отличаются, кроме начинки, и двигаются по одинаковым траекториям. Следовательно, закон преобразования магнитного поля в электрическое должен быть таким же самым, что и закон преобразования электрического поля в магнитное. Вот и получился второй закон Максвелла.

До сих пор мы рассматривали электрические поля, созданные электрическими зарядами. У одного заряда линии поля всегда имеют начало, хотя и не имеют конца, и начинаются эти линии там, где заряд сосредоточен. Если взять два заряда противоположных знаков, то линии поля начинаются у положительного заряда и заканчиваются у отрицательного. Поле, линии которого имеют хотя бы начало, называется потенциальным, потому что оно имеет потенциал. Частично потенциал мы рассматривали раньше. Напомню, если в потенциальном поле пронести заряд по замкнутому пути, полная работа всегда будет равна нулю. Сколько работы затрачено на перемещение заряда в поле, столько же работы будет затрачено потенциальным полем, чтобы вытолкнуть заряд обратно.

Поле, линии которого замкнуты, т.е. не имеют ни конца, ни начала, называется вихревым. В вихревом поле работа при движении по замкнутому контуру не равна нулю. Представьте, как Фарадей обрадовался, когда его магнит в поплавке начал вокруг провода с током крутиться. И поделиться ему было не с кем, говорят, проделывал он все это поздно вечером. А сам Фарадей понимал, что не только новый физический закон открыл, но первый в мире электрический двигатель изобрел.

Магнитное поле всегда вихревое. А вот электрическое поле бывает и таким, и этаким. Если электрическое поле образуется зарядом - оно потенциальное, а если электрическое поле образуется в результате изменения магнитного поля, то оно вихревое.

Меняется где-то напряженность электрического поля, тут же возникает магнитное поле. И наоборот, меняется где-то напряженность магнитного поля, тут же возникает электрическое поле. Причем происходит это независимо от того, каковы причины изменения поля.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Сила из скорости. Часть вторая К содержанию Что такое фотон
репетитор,гдз,преподователь,учитель
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь