Сущность магнитного поля

     Некоторые темы невозможно раскрыть без напоминания современных формулировок. К числу таких скользких тем относятся векторность (скалярность) магнитного поля и существование монополя Дирака. Вот потому и начнем с правил...

Магнитным полем называют ареал действия магнитных сил в пространстве.

    Слишком кратко? -Это умышленно, чтобы не валить в кучу все признаки. Действуя по порядку, мы должны разобраться с тем, что называть магнитными силами.

Магнитными силами называют результат кулоновского взаимодействия
заряженных частиц при их относительном движении.

     Будьте внимательны: "результат взаимодействия" - значит, -ПОСЛЕ взаимодействия. И люди частенько это упускают из виду. Теперь приведу сложный пример,- попробуйте не сплоховать: мы растворяем сахар в стакане чая - раскручиваем ложкой чай. Постепенно чай приобретает скорость ложки. Мы вынимаем ложку, но чай продолжает вращаться. Где здесь сходство, а где различие с магнитными силами?
    Сходство в том, что чай следует за ложкой. А вот вращение после того- это инерция массы, а не действие магнитной силы. Мы разберемся подробно попозже, а пока скажу так: у магнитной силы есть временн`ые рамки. И потому вращение чая - это макромасштаб времени, - это за рамками.


    Если пробный электрон е встретил на пути электроны е_х, то он, подобно чайной ложке, ускоряет их. Давайте запомним расстояние L, которое определяет работу кулоновских сил по мере сближения частиц. В случае движения нейтральных частиц мы вправе любое взаимодействие считать нулевым в момент, когда встречные частицы отстанут на такое же расстояние L. Отметим эти умозрительные электроны как е_у и оценим- что произойдет в действительности.

    Нам с вами знаком закон сохранения количества движения mv=Const. А если подставить v=adt и далее ma=F, получим выражение Fdt=Const. Это называется закон сохранения импульса Fdt.
Теперь смотрим на верхний рисунок: Кулоновская сила -отталкивание-тормозит движение частицы е_х (препятствует сближению), а вот частице е_у помогает, -т.е. ускоряет ее. Можно условно считать, что в первом интервале t₁ сила меньше, чем во втором. Ан, нет! Два фокуса нас ожидают: первый- с силами, в торой - с импульсом. Оказывается, сила больше в первом интервале времени, а интегральный импульс не равен нулю.

Прервем на время изложение, чтобы скучно не было. Вы заметили, читатель, что сила взаимодействия частиц всегда куда-то направлена. По определению, сила -вектор. Значит, и магнитная сила, как итоговый результат суммирования векторных сил, - тоже вектор. Следовательно, и магнитное поле (индукция или напряженность) скалярными быть не могут. Варианты магнитного поля рассмотрим ниже.

    Оба фокуса связаны одним процессом- продвижением частицы е_х вперед, то есть, эта частица проходит путь, больше, чем L. А это уже вторжение в чужой ареал- в ареал влияния других сил. Это уже проталкивание окружающих электронов вперед. Одновременно появляется "пустота" позади пробного электрона. А если пробный электрон будет ускоряться? К чему ведет эта ситуация, можно прочитать ЗДЕСЬ.
А мы лишь отметим, что именно в этом - в смещении с места свободных электронов пространства - и заключается принцип рождения магнитных сил.
    В самом деле, ведь в свободном состоянии электроны по закону Кулона обязаны выравнивать силы по всем направлениям, то есть,обеспечивать равноудаленность. Значит, по окончанию внешних возмущений, электроны опять восстановят исходную структуру. Ключевое слово здесь "по окончанию", - после внешнего воздействия. Наступил момент, обещанный мною, рассказать о временн`ых рамках магнитных сил и об отличиях с примером про чай.
    Чай продолжал вращаться по инерции, приобретенной за счет внешней силы. А магнитные силы создаются силами Кулона-т.е. за счет собственной энергии электронов. "Последействие" в стакане чая обусловлено постепенным спадом кинетической энергии, а магнитные силы обладают последействием, поскольку "ремонтируют" свой дом (структуру), как люди после урагана. Каковы же временн`ые рамки магнитных сил?
-Они зависят от размеров источника поля, магнитной индукции и времени её действия. В обобщенном виде это сводится к такому фактору, как концентрация носителей (электронов) и размеры облачности (фрагмент повышенной концентрации). Ясно, что отдельная заряженная частица создает след точечный или линейный. Техногенный источник (индуктивности и трансформаторы) создают объемный след размером до единиц метров.
     Так вот, восстановление структуры в этих случаях происходит за интервал времени от наносекунд до долей секунды. А есть в природе процесс, который так масштабно ломает структуру свободных электронов, что процесс восстановления продолжается несколько часов. Это солнечный свет. Он "прижимает" структуру днем к Земле, а восстановление начинается ночью и до самого утра. Сжатие структуры - это добавление энергии (dPV). Поэтому восстановление структуры происходит с отдачей энергии.Ночь позволяет видеть этот процесс, называемый красным свечением атмосферы. Как видим, магнитные силы могут создаваться не только магнитными.

     Рассмотрим кратенько магнитные следы электрона в пространстве.
Если электрон ориентирован (например, в проводнике с током), он создает вихревое магнитное поле (ВМП). Картинка слева иллюстрирует этот случай, из этой картинки видно, что ВМП обязано своим происхождением энергомассе электрона. А когда сам электрон "летит" (справа), его след - это уплотнение структуры впереди и разрежение позади. После движения электрона магнитные силы восстанавливают структуру ЛИНЕЙНЫМ перемещением свободных электронов. Это линейное магнитное поле (ЛМП). Его еще называют фарадеевским, т.к. именно Фарадей впервые повествовал миру об этом. ЛМП- обычно слебее, чем ВМП, что объясняется скоростями. Скорость орбитального вращения ЭМ в электроне 2187690 м/с, а скорость электронов в проводнике с током составляет 1-5 м/с [1]. Именно поэтому говорят лишь о ВМП в проводнике с током.
     ВМП бесконечно и может характеризоваться периодом повторения Т. ЛМП существует лишь на длине проводника (или пути полета свободного электрона) и характеризуется кинетической энергией E=uq, где u -разность потенциалов.

     Поговорим теперь о монополе. Эту чупакабру выдумал Дирак, отталкиваясь от принципа симметрии в природе. Коль существует электрический заряд (электрон) -говорил он, -то должен существовать одиночный магнитный заряд - монополь. В таких случаях хочется съязвить насчет сверчков и шестков (Дирак - математик), но в данном случае роль сыграла ошибочность представлений самих физиков. До сегодняшнего дня РАН полагает электрон бесструктурной точечной частицей. Отсюда и название параметра q- "элементарный заряд".
     Природа дает нам только энергию. Вот такую россыпь частиц с гауссовским распределением размеров. -Такие "шарики" плотностью 1,56457E+36 (Дж/м³). В попытке реализовать эту энергию шарики отыскивают виды движений, при которых эта реализация максимальна (минимум потенциальной энергии). При этом будущая частица остается на месте, значит энергия либо колебательная, либо вращательная. А еще- комбинация всех видов энергий такова, что сумма кинетических энергий постоянна. В этих сложных условиях не все размеры шариков выживают, а только те, у которых соотношение энергий равно ~1840. Мы уже отмечали, что кинетическая энергия выражается потенциалом. Тогда отношение энергии к потенциалу поля частицы и есть заряд.
    Всё это реализуется в модели электрона за счет объемной структуры. При этом в направлении полюс-полюс электрон характеризуется потенциалом, а в плоскости орбиты - магнитным моментом. Кстати, существование магнетона Бора - это подтверждение нашей модели.
    Резюме наше таково: электрон нельзя рассматривать как элементарный электрический заряд. Электрон является структурированной (не точечной) конструкцией, сочетающей в себе свойства генерации электрического и магнитного полей. Соответственно, нет нужды говорить о возможности существования монополя.



1. Руднев А.Д. Физика электрического тока.