Магнит
Магниты, такие, как игрушки, прилепленные к вашему домашнему холодильнику, или подковы, которые вам показывали в школе, имеют несколько необычных черт. Прежде всего, магниты, притягиваются к железным и стальным предметам, например к двери холодильника. Кроме того, у них есть полюса.
Приблизьте друг к другу два магнита. Южный полюс одного магнита притянется к северному полюсу другого. Северный полюс одного магнита отталкивает северный полюс другого.
Магнитное и электрический ток
Магнитное поле генерируется электрическим током, то есть движущимися электронами. Электроны, движущиеся вокруг атомного ядра, несут отрицательный заряд. Направленное перемещение зарядов с одного места на другое называется электрическим током. Электрический ток формирует около себя магнитное поле.
Это поле своими силовыми линиями, как петлей, охватывает путь электрического тока, подобно арке, которая стоит над дорогой. Например, когда включают настольную лампу и по медным проводам течет ток, то есть электроны в проводе перескакивают от атома к атому и вокруг провода создается слабое магнитное поле. В линиях высоковольтных передач ток намного сильнее, чем в настольной лампе, поэтому вокруг проводов таких линий формируется очень сильное магнитное поле. Таким образом, электричество и магнетизм - это две стороны одной и той же медали - электромагнетизма.
Материалы по теме:
Почему кошки любят спать на людях?
Движение электронов и магнитное поле
Движение электронов внутри каждого атома создает вокруг него крошечное магнитное поле. Движущийся по орбите электрон образует вихреобразное магнитное поле. Но большая часть магнитного поля создается не движением электрона по орбите вокруг ядра, а движением атома вокруг своей оси, так называемым спином электрона. Спин характеризует вращение электрона вокруг оси, как движение планеты вокруг своей оси.
Почему материалы магнитятся и не магнитятся
В большинстве материалов, таких, как пластмассы, магнитные поля отдельных атомов ориентированы беспорядочно и взаимно гасят друг друга. Но в таких материалах, как железо, атомы можно сориентировать так, что их магнитные поля сложатся, поэтому кусок стали намагничивается. Атомы в материалах соединены в группы, которые называются магнитными доменами. Магнитные поля одного отдельного домена сориентированы в одну сторону. То есть каждый домен - это маленький магнитик.
Сложно найти такую сферу, в которой бы не нашлось применения магнитам. Развивающие игрушки, полезные аксессуары и сложное промышленное оборудование - это лишь малая доля от поистине огромного количества вариантов их использования. При этом мало кто знает, как устроены магниты и в чем секрет их силы притяжения. Чтобы ответить на эти вопросы, нужно погрузиться в основы физики, но не переживайте – погружение будет недолгим и неглубоким. Зато после знакомства с теорией вы узнаете, из чего состоит магнит, и природа его магнитной силы станет для вас намного понятнее.
Электрон – самый маленький и самый простой магнит
Любое вещество состоит из атомов, а атомы в свою очередь состоят из ядра, вокруг которого вращаются положительно и отрицательно заряженные частицы – протоны и электроны. Предмет нашего интереса представляют собой именно электроны. Их движение и создает электрический ток в проводниках. Кроме того, каждый электрон является миниатюрным источником магнитного поля и, по сути, простейшим магнитом. Вот только в составе большинства материалов направление движения этих частиц является хаотичным. Как результат – их заряды уравновешивают друг друга. А когда направление вращения большого количества электронов на своих орбитах совпадает, то возникает постоянная магнитная сила.
Устройство магнита
Итак, с электронами разобрались. И теперь мы вплотную приближаемся к ответу на вопрос, как устроены магниты. Чтобы материал мог притягивать железный кусок породы, направление электронов в его структуре должно совпадать. В этом случае атомы формируют собой упорядоченные области, которые называются домены. У каждого домена есть пара полюсов: северный и южный. Через них проходит постоянная линия движения магнитных сил. Они входят в южный полюс и выходят из северного. Такое устройство означает, что северный полюс всегда будет притягивать южный полюс другого магнита, тогда как одноименные полюса будут отталкиваться.
Как магнит притягивает металлы
Магнитная сила действует не на все вещества. Только некоторые материалы можно притягивать: железо, никель, кобальт и редкоземельные металлы. Железный кусок породы не является природным магнитом, но при воздействии магнитного поля его структура перестраивается в домены с северными и южными полюсами. Таким образом, сталь может намагничиваться и сохранять свою измененную структуру на протяжении длительного времени.
Как делают магниты
Мы уже разобрались, из чего состоит магнит. Он представляет собой материал, в котором направленность доменов совпадает. Для придания породе таких свойств может использоваться сильное магнитное поле или электрический ток. В настоящий момент люди научились изготавливать очень мощные магниты, сила притяжения которых в десятки раз превышает собственный вес и сохраняется на протяжении сотен лет. Речь идет о редкоземельных супермагнитах на основе неодимового сплава. Такие изделия весом в 2-3 кг могут удерживать объекты весом в 300 кг и более. Из чего состоит неодимовый магнит и чем же обусловлены такие удивительные свойства?
Простая сталь не подойдет для того, чтобы успешно изготавливать изделия с мощнейшей силой притяжения. Для этого нужен особый состав, который позволит максимально эффективно упорядочить домены и сохранить стойкость новой структуры. Чтобы понять, из чего состоит неодимовый магнит, представьте себе металлический порошок неодима, железа и бора, который с помощью промышленных установок будет намагничиваться сильным полем и спекаться в жесткую структуру. Чтобы защитить этот материал, его покрывают прочной оцинкованной оболочкой. Такая технология производства позволяет получить изделия различных размеров и форм. В ассортименте интернет-магазина «Мир магнитов» вы найдете огромное разнообразие магнитных товаров для работы, развлечений и быта.
Что заставляет некоторые металлы притягиваться к магниту? Почему магнит притягивает не все металлы? Почему одна сторона магнита притягивает, а другая отталкивает металл? И что делает неодимовые металлы такими крепкими?
Для того чтобы ответить на все эти вопросы, необходимо вначале дать определение самому магниту и понять его принцип. Магниты – это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля. Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса. Постоянный или жесткий магнит постоянно создает сам свое магнитное поле. Электромагнит или мягкий магнит может создавать магнитные поля только в наличие магнитного поля и только на короткое время, пока находится в зоне действия того или иного магнитного поля. Электромагниты создают магнитные поля только в том случае, когда через провод катушки проходит электричество.
До недавнего времени, все магниты изготовлялись из металлических элементов или сплавов. Состав магнита и определял его мощность. Например:
Керамические магниты, подобны тем, что используются в холодильниках и для проведения примитивных экспериментов, содержат помимо керамических композиционных материалов также железную руду. Большинство керамических магнитов, также называемых железными магнитами, не обладают большой силой притягивания.
«Альнико магниты» состоят из сплавов алюминия, никеля и кобальта. Они мощнее керамических магнитов, но значительно слабее некоторых редких элементов.
Неодимовые магниты состоят из железа, бора и редко встречаемого в природе неодимового элемента.
Магниты кобальта-самария включают кобальт и редко встречающиеся в природе элементы самария. За последние несколько лет ученые также обнаружили магнитные полимеры, или так называемые пластичные магниты. Некоторые из них очень гибкие и пластичные. Однако, одни работают только при чрезвычайно низких температурах, а другие могут поднимать только очень легкие материалы, например, металлические опилки. Но чтобы обладать свойствами магнита, каждому из этих металлов нужна сила.
Создание магнитов
Многие современные электронные устройства работают на основе магнитов. Применять магниты для производства устройств стали относительно недавно, потому что магниты, существующие в природе, не обладают необходимой силой для работы аппаратуры, и только когда людям удалось сделать их более мощными, они стали незаменим элементом в производстве. Железняк, разновидность магнетитов, считается самым сильным магнитом из всех встречающихся в природе. Он способен притягивать к себе небольшие объекты, например, скрепки для бумаг и скобки.Где-то в 12-ом веке люди обнаружили, что с помощью железняка можно намагничивать частицы железа – так люди создали компас. Также они заметили, что если постоянно проводить магнитом вдоль железной иглы, то происходит намагничивание иголки. Саму иголку тянет в северо-южном направлении. Позже, известный ученый Уильям Гилберт объяснил, что движение намагниченной иглы в северо-южном направление происходит за счет того, что наша планета Земля очень напоминает огромный магнит с двумя полюсами – северным и южным полюсом. Стрелка компаса не настолько сильная как многие перманентные магниты, используемые в наше время. Но физический процесс, который намагничивает стрелки компаса и куски неодимового сплава, практически одинаков. Все дело в микроскопических областях, называемых магнитными доменами, которые являются частью структуры ферромагнитных материалов, таких как железо, кобальт и никель. Каждый домен представляет собой крошечный, отдельный магнит с северным и южным полюсом. В ненамагниченных ферромагнитных материалах каждый из северных полюсов указывает в различные направления. Магнитные домены, направленные в противоположных направлениях, уравновешивают друг друга, поэтому сам материал не производит магнитное поле.
В магнитах, с другой стороны, практически все или, по крайней мере, большая часть магнитных доменов направлены в одну сторону. Вместо того, чтобы уравновешивать друг друга, микроскопические магнитные поля объединяются вместе, чтобы создать одно большое магнитное поле. Чем больше доменов указывает в одном направление, тем сильнее магнитное поле. Магнитное поле каждого домена проходит от его северного полюса и до южного полюса.
Это объясняет, почему, если разломить магнит напополам, получается два маленьких магнита с северными и южными полюсами. Это также объясняет, почему противоположные полюса притягивают – силовые линии выходят из северного полюса одного магнита и проникают в южный полюс другого, в результате чего металлы притягиваются и получается один больший магнит. По такому же принципу происходит отталкивание – силовые линии двигаются в противоположных направлениях, и в результате такого столкновения магниты начинают отталкиваться друг от друга.
Создание Магнитов
Для того чтобы сделать магнит, Вам необходимо просто «направить» магнитные домены металла в одном направлении. Для этого вам необходимо намагнить сам металл. Рассмотрим еще раз случай с иголкой: если магнит двигать постоянно в одном направлении вдоль иголки, происходит выравнивание направления всех его областей (доменов). Однако, выравнивать магнитные домены можно и другими способами, например:Поместить металл в сильное магнитное поле в северо-южном направлении. -- Двигать магнит в северо-южном направлении, постоянно ударяя по нему молотком, выравнивая его магнитные домены. -- Пропустить через магнит электрический ток.
Ученые предполагают, что два из этих методов объясняют то, как естественные магниты формируются в природе. Другие же ученые утверждают, что магнитный железняк становится магнитом только в том случае, когда его ударяет молния. Третьи же считают, что железняк в природе превратился в магнит еще в момент формирования Земли и сохранился до наших дней.
Наиболее распространенным способом изготовления магнитов на сегодняшний день считается процесс помещения металла в магнитное поле. Магнитное поле вращается вокруг данного объекта и начинает выравнивать все его домены. Однако в этот момент может возникнуть отставание в одном из этих связанных между собой процессов, что называется гистерезисом. На то, чтобы заставить домены поменять свое направление в одну сторону, может уйти несколько минут. Вот что происходит во время этого процесса: Магнитные области начинают вращаться, выстраиваясь в линию вдоль северо-южной линии магнитного поля.
Области, которые уже направлены в северо-южном направлении становятся больше, в то время как окружающие их области становятся меньше. Стены домена, границы между соседними доменами, постепенно расширяются, за счет чего сам домен увеличивается. В очень сильном магнитном поле некоторые стены домена полностью исчезают.
Получается, что мощность магнита зависит от количества силы, используемой для смены направления доменов. Прочность магнитов зависит от того, насколько трудно было выровнять эти домены. Материалы, которые трудно намагнитить, сохраняют свой магнетизм в течение более длинных периодов, в то время как материалы, которые легко поддаются намагничиванию, обычно быстроразмагничиваются.
Уменьшить силу магнита или размагнитить его полностью можно, если направить магнитное поле в противоположном направлении. Размагнитить материал можно также, если нагреть его до точки Кюри, т.е. температурной границы сегнетоэлектрического состояния, при которой материал начинает терять свой магнетизм. Высокая температура размагничивает материал и возбуждает магнитные частицы, нарушая равновесие магнитных доменов.
Транспортировка магнитов
Большие мощные магниты применяются во многих сферах жизнедеятельности человека – от записи данных и до проведения тока по проводам. Но основная трудность использования их на практике состоит в том, как перевозить магниты. Во время транспортировки магниты могут повредить другие объекты, или другие объекты могут повредить их, из-за чего их будет сложно или практически невозможно использовать. К тому же магниты постоянно притягивают к себе различные ферромагнитные обломки, от которых потом очень сложно, а порой и опасно избавиться.Поэтому при транспортировке очень большие магниты помещают в специальные ящики или просто перевозят ферромагнитные материалы, из которых с помощью специального оборудования изготовляют магниты. По сути дела, таким оборудованием является простой электромагнит.
Почему магниты «липнут» друг к другу?
Из занятий по физике Вам вероятно известно, что когда электрический ток проходит по проволоке, он создает магнитное поле. В постоянных магнитах магнитное поле также создается за счет движения электрического заряда. Но магнитное поле в магнитах образуется не из-за движения тока по проводам, а за счет движения электронов.
Многие люди считают, что электроны это крошечные частицы, которые вращаются вокруг ядра атома, словно планеты вращаются вокруг солнца. Но как объясняют квантовые физики, движение электронов значительно сложнее этого. Во-первых, электроны заполняют раковинообразные орбитали атома, где они ведут себя и как частицы и как волны. Электроны имеют заряд и массу, а также могут двигаться в разных направлениях.
И хотя электроны атома не перемещаются на большие расстояния, такого движения достаточно для того, чтобы создать крошечное магнитное поле. И поскольку спаренные электроны двигаются в противоположных направлениях, их магнитные поля уравновешивают друг друга. В атомах ферромагнитных элементов, наоборот, электроны не спарены и двигаются в одном направление. Например, у железа есть целых четыре несоединенных электрона, которые движутся в одну сторону. Поскольку у них нет сопротивляющихся полей, у этих электронов есть орбитальный магнитный момент. Магнитный момент – это вектор, который имеет свою величина и направленность.
В таких металлах как железо орбитальный магнитный момент заставляет соседние атомы выстраиваться вдоль северо-южных силовых линий. Железо, как и другие ферромагнитные материалы, имеют кристаллическую структуру. Когда они остывают после процесса литья, группы атомов с параллельной орбиты вращения выстраиваются в линию внутри кристаллической структуры. Так образуются магнитные домены.
Вы, возможно, заметили, что материалы, из которых получаются хорошие магниты, также способны притягивать сами магниты. Это происходит потому, что магниты притягивают материалы с непарными электронами, которые вращаются в одном направлении. Иными словами, качество, которое превращает металл в магнит также притягивает металл к магнитам. Многие другие элементы - диамагнитны – они состоят из неспаренных атомов, которые создают магнитное поле, слегка отталкивающее магнит. Несколько материалы совсем не взаимодействуют с магнитами.
Измерение магнитного поля
Измерить магнитное поле можно с помощью специальных инструментов, например, флюксметра. Описать его можно несколькими способами: -- Магнитные силовые линии измеряются в веберах (ВБ). В электромагнитных системах этот поток сравнивают с током.
Сила поля, или плотность потока, измеряется в Тесла (T) или в единице измерения гаусс (Гс). Один тесла равен 10 000 гаусс.
Напряженность поля можно также измерить в веберах на квадратный метр. -- Величина магнитного поля измеряется в амперах на метр или эрстедах.
Мифы о магните
С магнитами мы сталкиваемся целый день. Они есть, например, в компьютерах: жесткий диск записывают всю информацию при помощи магнита, а также магниты используют во многих компьютерных мониторах. Магниты также являются неотъемлемой частью телевизоров с электронно-лучевой трубкой, акустических колонок, микрофонов, генераторов, трансформаторов, электромоторов, кассет, компасов и автомобильных спидометров. Магниты обладают удивительными свойствами. Они могут индуктировать ток в проводах и заставить электродвигатель вращаться. Достаточно сильное магнитное поле может поднять мелкие объекты или даже небольших животных. Поезда на магнитной подвеске развивают большую скорость только за счет магнитного толчка. Согласно Wired magazine, некоторые люди даже вставляют крошечные неодимовые магниты в пальцы для того, чтобы определять электромагнитные поля.Приборы отображения магнитного резонанса, работающие за счет магнитного поля, позволяют докторам исследовать внутренние органы пациентов. Также доктора используют электромагнитное импульсное поле для того, чтобы посмотреть правильно ли срастаются сломанные кости после удара. Подобное электромагнитное поле используется астронавтами, которые долгое время находятся в невесомости для того, чтобы предотвратить растяжение мышц и ломки костей.
Магниты также применяются в ветеринарной практики для лечения животных. Например, коровы часто страдают травматическим ретикулоперикардитисом, эта сложная болезнь, развивающаяся у этих животных, которые часто вместе с кормом заглатывают мелкие металлические предметы, которые могут повредить стенки желудка, легкие или сердце животного. Поэтому, часто перед кормлением коров опытные фермеры с помощью магнита очищают их пищу от мелких несъедобных деталей. Однако, если корова уже проглотила вредные металлы, то магнит дают ей вместе с едой. Длинные, тонкие алнико магниты, также называемые «коровьими магнитами», притягивают все металлы и не позволяют им причинить вред желудку коровы. Такие магниты действительно помогают вылечить больное животное, но все же лучше следить за тем, чтобы в коровью еду не попадало вредных элементов. Что касается людей, то им противопоказано глотать магниты, поскольку те, попав в разные части организма, все равно будут притягиваться, что может привести к блокированию кровяного потока и разрушению мягких тканей. Поэтому, когда человек глотает магнит, ему необходима операция.
Некоторые люди считают, что магнитная терапия – это будущее медицины, поскольку это один из наиболее простых, но эффективных методов лечения многих болезней. Многие люди уже на практике убедились в действии магнитного поля. Магнитные браслеты, ожерелья, подушки и многие другие подобные изделия лучше таблеток лечат самые разнообразные заболевания – от артрита и до рака. Некоторые врачи также считают, что стакан намагниченной воды в качестве профилактики может избавить от появления большинства неприятных недугов. В Америке ежегодно на магнитную терапию расходуется около 500 миллионов долларов, а люди во всем мире на такое лечение в среднем тратят 5 миллиардов долларов.
Сторонники магнитной терапии по-разному трактуют полезность этого метода лечения. Одни говорят, что магнит способен притягивать железо, содержащееся в гемоглобине в крови, тем самым улучшая кровообращение. Другие уверяют, что магнитное поле каким-то образом меняет структуру соседних клеток. Но в то же время проведенные научные исследования не подтвердили, что использование статических магнитов может избавить человека от боли или вылечить болезнь.
Некоторые сторонники также предлагают всем людям использовать магниты для очищения воды в домах. Как говорят сами производители, большие магниты могут очистить жесткую воду за счет того, что удалят из нее все вредные ферромагнитные сплавы. Однако, ученые говорят, что жесткой воду делают не ферромагниты. Более того два года использования магнитов на практике не показали никаких изменений в составе воды.
Но, даже не смотря на то, что магниты вряд ли обладают лечебным действием, они все равно стоят изучения. Кто знает, возможно, в будущем мы все же раскроем полезные свойства магнитов.
Наше понимание базовой структуры материи развивалось постепенно. Атомная теория строения вещества показала, что не все в мире устроено так, как кажется на первый взгляд, и что сложности на одном уровне легко объясняются на следующем уровне детализации. На протяжении всего ХХ века, после открытия структуры атома (то есть после появления модели атома Бора), усилия ученых были сосредоточены на разгадке структуры атомного ядра.
Первоначально предполагалось, что в атомном ядре существует только два типа частиц - нейтроны и протоны. Однако, начиная с 1930-х годов, ученые все чаще стали получать экспериментальные результаты, необъяснимые в рамках классической модели Бора. Это навело ученых на мысль, что на самом деле ядро представляет собой динамичную систему разнообразных частиц, чье скоротечное образование, взаимодействие и распад играют ключевую роль в ядерных процессах. К началу 1950-х годов изучение этих элементарных, как их назвали, частиц вышло на передний край физической науки."
elementy.ru/trefil/46
"Общая теория взаимодействий опирается на принцип непрерывности.
Первым шагом в создании общей теории, была материализация абстрактного принципа непрерывности к реально существующему миру, который мы наблюдаем вокруг. В результате такой материализации автор пришёл к выводу о существовании внутренней структуры физического вакуума. Вакуум представляет собой пространство непрерывно заполненное фундаментальными частицами - бионами - различные движения, расположения и объединения которых, способны объяснить все богатство и разнообразие природы и разума.
В результате была создана новая общая теория, которая на основе одного принципа, и следовательно, одинаковых, непротиворечивых и логически связанных наглядных (материальных), а не виртуальных частиц, описывает явления природы и феномены человеческого разума.
Главный тезис – принцип непрерывности.
Принцип непрерывности означает, что ни один реально существующий в природе процесс не может начаться самопроизвольно и закончиться бесследно. Все процессы, которые можно описать математическими формулами, могут быть рассчитаны только с помощью непрерывных зависимостей или функций. Все изменения имеют свои причины, скорость передачи любых взаимодействий обусловлена свойствами той среды, в которой взаимодействуют объекты. Но сами эти объекты в свою очередь изменяют среду, в которой они находятся и осуществляют взаимодействия.
\
Поле – множество элементов, для которых определены арифметические действия. Поле также непрерывно - один элемент поля переходит в другой плавно, границу между ними указать невозможно.
Такое определение поля, также вытекает из принципа непрерывности. Оно (определение) требует описания элемента, ответственного за все виды полей и взаимодействий.
В общей теории взаимодействий, в отличие от теорий, доминирующих на данный момент, квантовая механика и теория относительности, такой элемент определён явно.
Этим элементом является бион. Всё пространство Вселенной и вакуум, и частицы состоят из бионов. Бион это элементарный диполь, то есть частица, состоящая из двух связанных, одинаковых по величине, но разных по знаку, зарядов. Суммарный заряд биона равен нулю. Подробное устройство биона показано на странице Строение физического вакуума.
\
Границ биона указать невозможно (понятная аналогия с атмосферой Земли, границу которой точно определить не удасться), так как все переходы очень и очень плавные. Поэтому, внутреннего трения между бионами практически нет. Однако влияние такого "трения" становится заметным на больших расстояниях, и наблюдается нами как красное смещение.
Электрическое поле в общей теории взаимодействий.
Существование в какой-либо области пространства электрического поля, будет представлять собой зону согласованно расположенных и определённым образом ориентированных бионов.
b-i-o-n.ru/_mod_files/ce_image...
Магнитное поле в общей теории взаимодействий.
Магнитное поле будет представлять собой определённую динамическую конфигурацию расположения и движения бионов.
b-i-o-n.ru/theory/elim/
Электрическое поле - область пространства, в которой физический вакуум имеет определённое упорядоченное строение. В присутствии электрического поля, вакуум оказывает силовое воздействие на пробный электрический заряд. Такое воздействие обусловлено расположением бионов в данной области пространства.
К сожалению, в тайну того, как устроен электрический заряд, нам пока проникнуть не удалось. В остальном же, получается следующая картина. Любой заряд, пусть для примера он будет отрицательным, создаёт вокруг себя следующую ориентацию бионов - электростатическое поле.
Основная часть энергии принадлежит заряду, имеющему определённые размеры. А энергия электрического поля является энергией упорядоченного расположения бионов (всякий порядок имеет энергетическую основу). Также ясно, как удалённые заряды «чувствуют» друг друга. Этими «чувствительными органами» являются ориентированные определённым образом бионы. Отметим и ещё один важный вывод. Скорость установления электрического поля определяется скоростью поворота бионов, чтобы они стали ориентированы по отношению к заряду так, как показано на рисунке. А это объясняет, почему скорость установления электрического поля равна скорости света: в обоих процессах бионы должны передать вращение друг другу.
Сделав не трудный следующий шаг, можно с уверенностью говорить о том, что магнитное поле представляет собой следующую динамичную конфигурацию бионов.
b-i-o-n.ru/theory/elim
Стоит обязательно отметить, что магнитное поле ничем не проявляет себя до тех пор, пока нет объектов, на которые оно способно воздействовать (стрелка компаса или электрический заряд).
Принцип суперпозиции магнитного поля. Оси вращения бионов занимают промежуточное положение, в зависимости от направления и силы взаимодействующих полей.
Действие магнитного поля на движущийся заряд.
"
Магнитное поле не действует на покоящийся заряд, потому что вращающиеся бионы будут создавать колебания такого заряда, но такие колебания мы не сможем обнаружить ввиду их малости.
Удивительное дело, но ни в одном учебнике я не нашел не то, что ответа, а даже вопроса, который очевидно должен возникать у каждого, кто начинает изучать магнитные явления.
Вот этот вопрос. Почему магнитный момент контура с током не зависит от формы этого контура, а зависит лишь от его площади? Я думаю, что такой вопрос не задаётся именно потому, что ответа на него никто не знает. При опоре же на наши представления ответ очевиден. Магнитное поле контура есть сумма магнитных полей бионов. А число бионов создающих магнитное поле, определяется площадью контура и не зависит от его формы."
Если взглянуть шире, не вдаваясь в теории, магнит работает пульсацией магнитного поля. Благодаря этой пульсации, упорядоченности движения силовых частиц возникает общая сила, воздействующая на объекты окружения. Воздействие переносится магнитным полем, в котором также могут быть выделены частицы, кванты.
Теория бионов выделяет элементарной частицей бион. Вы видите насколько она фундаментальна.
Теория пространства гравитонов выделяет квантом всей вселенной гравитон. И даёт фундаментальные законы, управляющие вселенной.
n-t.ru/tp/ns/tg.htm Теория пространства гравитонов
"Диалектика развития науки состоит в количественном накоплении таких абстрактных понятий («демонов»), описывающих все новые и новые закономерности природы, которое на определенной стадии достигает критического уровня сложности. Разрешение же такого кризиса неизменно требует качественного скачка, глубокого пересмотра базовых понятий, снимающего «демоничность» с накопленных абстракций, раскрывающего их содержательную сущность на языке новой обобщающей теории.
*
ТПГ постулирует физическое (актуальное) существование транзитивного пространства, элементы которого в рамках этой теории называются гравитонами.
*
Т.е. мы предполагаем, что именно физическое пространство гравитонов (ПГ) обеспечивает всеобщую взаимосвязь физических объектов, доступных нашему познанию, и является той минимально необходимой субстанцией, без которой научное познание невозможно в принципе.
*
ТПГ постулирует дискретность и принципиальную неделимость гравитонов, отсутствие у них какой-либо внутренней структуры. Т.е. гравитон в рамках ТПГ выступает в роли абсолютной элементарной частицы, близкой в этом смысле атому Демокрита. В математическом же смысле гравитон является пустым множеством (null-set).
*
Главным и единственным свойством гравитона является его способность к самокопированию, порождающему новый гравитон. Это свойство задает на множестве ПГ отношение строгого несовершенного порядка: gi < gi+1, где gi – гравитон-родитель и gi+1 – дочерний гравитон, являющийся копией родителя. Это отношение интенсионально определяет ПГ как транзитивное и антирефлексивное множество, из чего следует также его асимметричность и антисимметричность.
*
ТПГ постулирует непрерывность и предельную плотность ПГ, заполняющего всю доступную познанию Вселенную таким образом, что любому физическому объекту в этой Вселенной может быть поставлено в соответствие непустое подмножество ПГ, однозначно определяющее положение этого объекта в ПГ, а значит и во Вселенной.
*
ПГ является метрическим пространством. В качестве естественной метрики ПГ может быть выбрано минимальное количество переходов от одного соседнего гравитона к другому, необходимое для замыкания транзитивной цепочки, связывающей пару гравитонов, расстояние между которыми мы при этом определяем.
"
Свойства гравитона, позволяют нам говорить о квантовой природе этого понятия. Гравитон является квантом движения, реализующегося в акте копирования гравитоном самого себя и «рождения» нового гравитона. В математическом смысле этот акт можно поставить в соответствие добавлению единицы к уже имеющемуся натуральному числу.
"
Другим следствием собственного движения ПГ являются резонансные явления, порождающие виртуальные элементарные частицы, в частности фотоны реликтового излучения.
*
Используя базовые понятия ТПГ, мы построили физическую модель пространства, которое не является пассивным вместилищем других физических объектов, но само активно изменяется и движется. К сожалению, никакие мыслимые приборы не дадут нам возможность напрямую исследовать активность ПГ, поскольку гравитоны пронизывают все объекты, взаимодействуя с самыми мельчайшими элементами их внутренней структуры. Тем не менее, мы можем получать содержательную информацию о движении гравитонов, исследуя закономерности и резонансные явления так называемого реликтового излучения, которое в наибольшей мере обусловлено именно активностью ПГ.
*
Природа гравитационного взаимодействия
«То, что гравитация должна быть внутренним, неотъемлемым и существенным атрибутом материи, позволяя тем самым любому телу действовать на другое на расстоянии через вакуум, без какого-либо посредника, с помощью которого и через которого действие и сила могли бы передаваться от одного тела к другому, представляется мне настолько вопиющей нелепостью, что, по моему глубокому убеждению, ни один человек, сколько-нибудь искушенный в философских материях и наделенный способностью мыслить, не согласится с ней». (из письма Ньютона Ричарду Бентли).
**
В рамках ТПГ гравитация лишается своей силовой природы и полностью определяется именно как закономерность движения физических объектов, «связывающих» свободные гравитоны всем объемом своей внутренней структуры, поскольку гравитоны свободно пронизывают любой физический объект, являясь неотъемлемыми элементами его внутреннего устройства. Все физические объекты «поглощают» гравитоны, искажая изотропную пролиферацию ПГ, именно за счет этого достаточно близкие и массивные космические объекты образуют компактные скопления, успевая компенсировать расширение ПГ внутри скопления. Но сами эти скопления, разделенные такими объемами ПГ, пролиферацию которых они неспособны компенсировать, разлетаются тем быстрее, чем больше этот разделяющий их объем ПГ. Т.е. один и тот же механизм обусловливает как эффект «притяжения», так и эффект разлета галактик.
***
Рассмотрим теперь подробнее механизм «поглощения» гравитонов физическими объектами. Интенсивность такого «поглощения» существенным образом зависит от внутренней структуры объектов и определяется наличием в этой структуре специфических конструкций, а также их количеством. Гравитационное «поглощение» свободного гравитона является простейшим и наиболее слабым из таких механизмов, не требующим никаких специальных структур, в акте такого «поглощения» участвует единственный гравитон. Любой другой тип взаимодействия использует соответствующие этому типу частицы взаимодействия, определенные на некотором подмножестве гравитонов, поэтому эффективность такого взаимодействия гораздо выше, в акте взаимодействия «поглощается» множество гравитонов вместе с определенной на них частицей. Отметим также, что при таких взаимодействиях один из объектов должен выступать в той же роли, в которой выступает ПГ при гравитационном взаимодействии, т.е. он должен порождать все новые и новые частицы данного взаимодействия, используя для такой активности те самые специфические структуры, о которых мы сказали выше. Таким образом, общая схема любого взаимодействия остается всегда одна и та же, а мощность взаимодействия определяется «объемом» частиц взаимодействия и активностью порождающего их источника."
Можно понимать магнитное взаимодействие моделью порождения и поглощения элементарных частиц магнитного поля. Причём частицы обладают разной частотой, и поэтому слагается потенциальное поле, состоящее из уровней напряжённости, радуги. По этим уровням "плавают" частицы. Они могут быть поглощены другими частицами, например ионами кристаллической решётки некоторых металлов, но воздействие на них магнитного поля будет продолжаться. Металл притягивается к телу магнита.
Теория Суперструн, несмотря на своё название, слагает ясную картину мира. Лучше: она выделяет в мире множество траекторий взаимодействия.
ergeal.ru/other/superstrings.htm Теория Суперструн (Дмитрий Поляков)
"Итак, струна - это своего рода первичное творение в видимой Вселенной.
Этот объект не материален, тем не менее, его можно представлять себе приближенно в виде некоей натянутой нити, веревки или, например, скрипичной струны, летающей в десятимерном пространстве-времени.
Летая в десятимерии, этот протяженный объект испытывает так же и внутренние вибрации. Из этих-то вибраций (или октав) и происходит вся материя (и, как выяснится далее, не только материя). Т.е. все разнообразие частиц в природе - это просто разные октавы одного итого же примордиального творения - струны. Хороший пример двух таких разных октав, происходящих от единой струны, - гравитация и свет (гравитоны и фотоны). Тут, правда, есть некоторые тонкости - необходимо различать спектры замкнутых и незамкнутых струн, но сейчас эти подробности приходится опускать.
Итак, как же изучать такой объект, как возникают десять измерений и как найти правильную компактификацию десятимерия до нашего четырехмерного мира?
Не имея возможности "поймать" струну, мы идем по ее следам и исследуем ее траекторию. Подобно тому, как траектория точки - кривая линия, траектория одномерного протяженного объекта (струны) это двумерная ПОВЕРХНОСТЬ.
Таким образом, математически теория струн - это динамика двумерных случайных поверхностей, вложенных в пространство высших измерений.
Каждая такая поверхность называется МИРОВЫМ ЛИСТОМ.
Вообще, во Вселенной необычайно важную роль играют всевозможные симметрии.
Из симметрии той или иной физической модели часто можно сделать важнейшие выводы о ее (модели) динамике, эволюции, мутации и т.д.
В Теории Струн такой краеугольной симметрией является т.н. РЕПАРАМЕТРИЗАЦИОННАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ (или "группа диффеоморфизмов"). Инвариантность эта, говоря очень грубо и приблизительно, означает следующее. Представим себе мысленно наблюдателя, "севшего" на один из мировых листов, "заметаемых" струной. В руках у него - гибкая линейка, с помощью которой он исследует геометрические свойства поверхности Мирового Листа. Так вот - геометрические свойства поверхности, очевидно, не зависят от градуировки линейки. Независимость структуры Мирового Листа от масштаба "мысленной линейки" и называется Репараметризационной Инвариантностью (или R-инвариантностью).
При кажущейся простоте этот принцип приводит к крайне важным последствиям. Прежде всего, справедлив ли он на квантовом уровне?
^
Духи - это поля (волны, вибрации, частицы), вероятность наблюдения которых отрицательна.
Для рационалиста это, конечно же, абсурд: ведь классическаявероятность любого события лежит всегда между 0 (когда событие наверняка не произойдет) и 1 (когда, напротив, оно произойдет наверняка).
Вероятность появления Духов, однако, отрицательна. Таково одно из возможных определений Духов. Апофатическое определение. В связи с этим мне вспоминается определение Любви Аввой Дорофеем: "Бог есть центр круга. А люди - радиусы. Возлюбив Бога, люди приближаются к Центру, как радиусы. Возлюбив друг друга, они приближаются к Богу, как к центру".
Итак, подведем первые итоги.
Мы познакомились с Наблюдателем, которого с линейкой сажают на Мировой Лист. И градуировка линейки, на первый взгляд, произвольна, а Мировой Лист к этому Произволу равнодушен.
Это Равнодушие (или симметрия) называется Репараметризационной Инвариантностью (R-инвариантностью, группой диффеоморфизмов).
Необходимость увязать Равнодушие с Неопределенностью приводит к выводу о десятимерности Вселенной.
На самом деле, все обстоит несколькосложнее.
С какой попало линейкой, да на Мировой Лист наблюдателя, конечно же, никто не пустит. Десятимерный мир светел, строг и никакой отсебятины не терпит. За любую отсебятину с Мировым Листом у подонка навсегда отобрали бы линейку и хорошо высекли бы, как протестанта.
^
Но если Наблюдатель не протестант, ему дают Линейку раз и навсегда определенную, выверенную, неизменную на века, и с этой строжайше отобранной Единственной Линейкой допускают на Мировой Лист.
В Теории Суперструн этот ритуал называется "фиксацией калибровки".
В результате фиксации калибровки и возникают Духи Фаддеева-Попова.
Именно эти Духи и вручают Наблюдателю Линейку.
Однако выбор калибровки - это всего лишь чисто экзотерическая, полицейская функция Духов Фаддеева-Попова. Экзотерическая, продвинутая миссия этих Духов состоит в выборе правильной компактификации и, впоследствии, в порождении солитонов и Хаоса в компактифицированном мире.
Как именно это происходит - вопрос очень тонкий и до конца не ясный; я постараюсь описать этот процесс как можно короче и нагляднее, опуская, насколько возможно, технические подробности.
Во всех обзорах по Теории Суперструн имеется т.н. Теорема об Отсутствии Духов. Эта Теорема гласит, что Духи, хотя и определяют выбор калибровки, тем не менее, никак не влияют непосредственно на вибрации струны (вибрации, порождающие материю). Иными словами, согласно теореме, спектр струны не содержит Духов, т.е. Пространство Духов полностью отделено от эманаций материи, а Духи - не более чем артифакт фиксации калибровки. Можно сказать, это Духи - следствие несовершенства наблюдателя, никак не связанное с динамикой струны. Это - классический результат, в ряде случаев более или менее верный. Однако применимость этой теоремы ограничена, т.к. все известные ее доказательства не учитывают одного крайне важного нюанса. Нюанс этот связан с т.н. "нарушением симметрии картин".
Что это такое? Рассмотрим произвольную вибрацию струны: например, эманацию света (фотон). Оказывается, существует несколько различных способов описания этой эманации. А именно, в теории струн эманации описываются с помощью т.н. "вершинных операторов". Каждой эманации соответствует несколько предположительно эквивалентных вершинных операторов. Эти эквивалентные операторы отличаются друг от друга своими "духовыми числами", т.е. структурой Духов Фаддеева-Попова.
Каждое такое эквивалентное описание одной и той же эманации называется Картиной. Существует т.н. "conventional wisdom", настаивающая на равноценности Картин, т.е. вершинных операторов с различными духовыми числами. Это предположение известно как "picture-changing symmetry of vertex operators".
Эта "conventional wisdom" и подразумевается молчаливо при доказательстве Теоремы об Отсутствии. Однако более внимательный анализ показывает, что этой симметрии не существует (точнее, она существует в одних случаях и нарушается в других). Из-за нарушения Симметрии Картин нарушается в ряде случаев и упомянутая выше Теорема. А это значит - Духи играют непосредственную роль в вибрациях струны, пространства материи и Духов не независимы, но тончайшим образом переплетаются.
Пересечение этих пространств и играет важнейшую роль в динамической компактификации и формировании Хаоса. "
Другое видение теории Суперструн elementy.ru/trefil/21211
"Различные версии теории струн сегодня рассматриваются в качестве главных претендентов на звание всеобъемлющей универсальной теории, объясняющей природу всего сущего. А это - своего рода Священный Грааль физиков-теоретиков, занимающихся теорией элементарных частиц и космологии. Универсальная теория (она же теория всего сущего) содержит всего несколько уравнений, которые объединяют в себе всю совокупность человеческих знаний о характере взаимодействий и свойствах фундаментальных элементов материи, из которых построена Вселенная. Сегодня теорию струн удалось объединить с концепцией суперсимметрии, в результате чего родилась теория суперструн, и на сегодняшний день это максимум того, что удалось добиться в плане объединения теории всех четырех основных взаимодействий (действующих в природе сил).
*****
Для наглядности взаимодействующие частицы можно считать «кирпичиками» мироздания, а частицы-носители - цементом.
*****
В рамках стандартной модели в роли кирпичиков выступают кварки, а в роли носителей взаимодействия - калибровочные бозоны, которыми эти кварки обмениваются между собой. Теория же суперсимметрии идет еще дальше и утверждает, что и сами кварки и лептоны не фундаментальны: все они состоят из еще более тяжелых и не открытых экспериментально структур (кирпичиков) материи, скрепленных еще более прочным «цементом» сверхэнергетичных частиц-носителей взаимодействий, нежели кварки в составе адронов и бозонов. Естественно, в лабораторных условиях ни одно из предсказаний теории суперсимметрии до сих пор не проверено, однако гипотетические скрытые компоненты материального мира уже имеют названия - например, сэлектрон (суперсимметричный напарник электрона), скварк и т. д. Существование этих частиц, однако, теориями такого рода предсказывается однозначно.
*****
Картину Вселенной, предлагаемую этими теориями, однако, достаточно легко представить себе наглядно. В масштабах порядка 10–35 м, то есть на 20 порядков меньше диаметра того же протона, в состав которого входят три связанных кварка, структура материи отличается от привычной нам даже на уровне элементарных частиц. На столь малых расстояниях (и при столь высоких энергиях взаимодействий, что это и представить немыслимо) материя превращается в серию полевых стоячих волн, подобных тем, что возбуждаются в струнах музыкальных инструментов. Подобно гитарной струне, в такой струне могут возбуждаться, помимо основного тона, множество обертонов или гармоник. Каждой гармонике соответствует собственное энергетическое состояние. Согласно принципу относительности (см. Теория относительности), энергия и масса эквивалентны, а значит, чем выше частота гармонической волновой вибрации струны, тем выше его энергия, и тем выше масса наблюдаемой частицы.
Однако, если стоячую волну в гитарной струне представить себе наглядно достаточно просто, стоячие волны, предлагаемые теорией суперструн наглядному представлению поддаются с трудом - дело в том, что колебания суперструн происходят в пространстве, имеющем 11 измерений. Мы привыкли к четырехмерному пространству, которое содержит три пространственных и одно временное измерение (влево-вправо, вверх-вниз, вперед-назад, прошлое-будущее). В пространстве суперструн всё обстоит гораздо сложнее (см. вставку). Физики-теоретики обходят скользкую проблему «лишних» пространственных измерений, утверждая, что они «скрадываются» (или, научным языком выражаясь, «компактифицируются») и потому не наблюдаются при обычных энергиях.
Совсем уже недавно теория струн получила дальнейшее развитие в виде теории многомерных мембран - по сути, это те же струны, но плоские. Как походя пошутил кто-то из ее авторов, мембраны отличаются от струн примерно тем же, чем лапша отличается от вермишели.
Вот, пожалуй, и всё, что можно вкратце рассказать об одной из теорий, не без основания претендующих на сегодняшний день на звание универсальной теории Великого объединения всех силовых взаимодействий. "
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D... Теория Суперструн.
Универсальная теория, объясняющая все физические взаимодействия: elementy.ru/trefil/21216
"В природе действуют четыре фундаментальные силы, и все физические явления происходят в результате взаимодействий между физическими объектами, которые обусловлены одной или несколькими из этих сил. Четыре вида взаимодействий в порядке убывания их силы это:
* сильное взаимодействие, удерживающее кварки в составе адронов и нуклоны в составе атомного ядра;
* электромагнитное взаимодействие между электрическими зарядами и магнитами;
* слабое взаимодействие, которым обусловлены некоторые типы реакций радиоактивного распада; и
* гравитационное взаимодействие.
В классической механике Ньютона любая сила - это всего лишь сила притяжения или отталкивания, вызывающая изменение характера движения физического тела. В современных квантовых теориях, однако, понятие силы (трактуемое теперь как взаимодействие между элементарными частицами) интерпретируется несколько иначе. Силовое взаимодействие теперь считается результатом обмена частицей-носителем взаимодействия между двумя взаимодействующими частицами. При таком подходе электромагнитное взаимодействие между, например, двумя электронами, обусловлено обменом фотоном между ними, и аналогичным образом обмен другими частицами-посредниками приводит к возникновению трех прочих видов взаимодействий. (Подробнее см. Стандартная модель.)
Более того, характер взаимодействия обусловлен физическими свойствами частиц-носителей. В частности, закон всемирного тяготения Ньютона и закон Кулона имеют одинаковую математическую формулировку именно потому, что в обоих случаях переносчиками взаимодействия являются частицы, лишенные массы покоя. Слабые взаимодействия проявляются лишь на исключительно малых расстояниях (по сути, лишь внутри атомного ядра), поскольку их носители - калибровочные бозоны - являются очень тяжелыми частицами. Сильные взаимодействия также проявляются лишь на микроскопических расстояниях, но по иной причине: здесь всё дело в «пленении кварков» внутри адронов и фермионов (см. Стандартная модель).
Оптимистичные ярлыки «универсальная теория», «теория всего сущего», «теория великого объединения», «окончательная теория» сегодня используются в отношении любой теории, пытающейся объединить все четыре взаимодействия, рассматривая их в качестве различных проявлений некоей единой и великой силы. Если бы это удалось, картина устройства мира упростилась бы до предела. Вся материя состояла бы лишь из кварков и лептонов (см. Стандартная модель), и между всеми этими частицами действовали бы силы единой природы. Уравнения, описывающие базовые взаимодействия между ними, были бы столь короткими и ясными, что уместились бы на почтовой открытке, описывая при этом, по сути, основу всех без исключения процессов, наблюдаемых во Вселенной. По словам нобелевского лауреата, американского физика-теоретика Стивена Вайнберга (Steven Weinberg, 1933–1996) «это была бы глубинная теория, от которой во все стороны стрелами расходилась интерференционная картина устройства мироздания, и более глубоких теоретических основ в дальнейшем не потребовалось бы». Как видно из сплошных сослагательных наклонений в цитате, такой теории до сих пор не существует. Нам остается лишь очертить примерные контуры процесса, который может привести к разработке столь всеобъемлющей теории.
~
Все теории объединения исходят из того, что при достаточно высоких энергиях взаимодействия между частицами (когда они имеют скорость, близкую к предельной скорости света), «лед тает», грань между различными видами взаимодействий стирается, и все силы начинают действовать одинаково. При этом теории предсказывают, что происходит это не одновременно для всех четырех сил, а поэтапно, по мере увеличения энергий взаимодействия.
Самый нижний энергетический порог, при котором может произойти первое слияние сил разных типов, крайне высок, однако находится уже в пределах досягаемости самых современных ускорителей. Энергии частиц на ранней стадии Большого взрыва были крайне высоки (см. также Ранняя Вселенная). В первые 10–10 с они обеспечивали объединение слабых ядерных и электромагнитных сил в электрослабое взаимодействие. Лишь начиная с этого момента окончательно разделились все четыре известных нам силы. До этого момента существовали всего три фундаментальные силы: сильного, электрослабого и гравитационного взаимодействий.
~
Следующее объединение происходит при энергиях далеко за пределами достижимых в условиях земных лабораторий - они существовали во Вселенной в первые 10e(–35) c ее существования. Начиная с этих энергий электрослабое взаимодействие объединяется с сильным. Теории, описывающие процесс такого объединения, называются теориями большого объединения (ТБО). Проверить их на экспериментальных установках невозможно, но они хорошо прогнозируют течение целого ряда процессов, протекающих при более низких энергиях, и это служит косвенным подтверждением их истинности. Однако на уровне ТБО наши возможности в плане проверки универсальных теорий исчерпываются. Далее начинается область теорий суперобъединения (ТСО) или всеобщих теорий - и при одном упоминании о них в глазах у физиков-теоретиков загорается блеск. Непротиворечивая ТСО позволила бы объединить гравитацию с единым сильно-электрослабым взаимодействием, и строение Вселенной получило бы простейшее из возможных объяснений."
Отмечается поиск человека законов и формул, объясняющих все физические явления. Этот поиск объемлет микроуровневые процессы и макроуровневые. Они отличаются силой или энергией, которой происходит обмен.
Взаимодействие на уровне магнитного поля описывается электромагнетизмом.
"Электромагнетизм*
Начало учению об электромагнитных явлениях положено открытием Эрстеда. В 1820 г. Эрстед показал, что проволока, по которой течет электрический ток, вызывает отклонение магнитной стрелки. Он подробно исследовал это отклонение с качественной стороны, но не дал общего правила, по которому можно было бы определять направление отклонения в каждом отдельном случае. Вслед за Эрстедом открытия пошли одно за другим. Ампер (1820) опубликовал свои работы о действии тока на ток или тока на магнит. Амперу принадлежит общее правило для действия тока на магнитную стрелку: если вообразить себя расположенным в проводнике лицом к магнитной стрелке и притом так, чтобы ток имел направление от ног к голове, то северный полюс отклоняется влево. Далее мы увидим, что Ампер свел явления электромагнитные к явлениям электродинамическим (1823). К 1820 г. относятся также работы Араго, который заметил, что проволока, по которой течет электрический ток, притягивает к себе железные опилки. Он же намагнитил впервые железные и стальные проволоки, помещая их внутрь катушки медных проволок, по которым проходил ток. Ему же удалось намагнитить иглу, поместив ее в катушку и разрядив лейденскую банку через катушку. Независимо от Араго намагничивание стали и железа током было открыто Дэви.
Первые количественные определения действия тока на магнит точно так же относятся к 1820 г. и принадлежат Био и Савару.
Если укрепить маленькую магнитную стрелку sn вблизи длинного вертикального проводника AB и астазировать земное поле магнитом NS (фиг. 1), то можно обнаружить следующее:
1. При прохождении тока через проводник магнитная стрелка устанавливается своей длиной под прямым углом к перпендикуляру, опущенному из центра стрелки на проводник.
2. Сила, действующая на тот или другой полюс n и s перпендикулярна к плоскости, проведенной через проводник и данный полюс
3. Сила, с которой действует на магнитную стрелку данный ток, проходящий по очень длинному прямолинейному проводнику, обратно пропорциональна расстоянию от проводника до магнитной стрелки.
Все эти наблюдения и другие могут быть выведены из следующего элементарного количественного закона, известного под именем закона Лапласа-Био-Савара:
dF = k(imSin θ ds)/r2, (1),
где dF - действие элемента тока на магнитный полюс; i - сила тока; m - количество магнетизма, θ - угол, составляемый направлением тока в элементе с линией, соединяющей полюс с элементом тока; ds - длина элемента тока; r -расстояние рассматриваемого элемента от полюса; k - коэффициент пропорциональности.
На основании закона действие равно противодействию, Ампер заключил, что магнитный полюс должен действовать на элемент тока с такой же силой
dФ = k(imSin θ ds)/r2, (2)
прямо противоположной по направлению силе dF, точно также действующей по направлению, составляющему прямой угол с плоскостью, проходящей через полюс и данный элемент. Хотя выражения (1) и (2) хорошо согласуются с опытами, тем не менее на них приходится смотреть не как на закон природы, а как на удобное средство описывать количественную сторону процессов. Главная причина этого в том, что мы не знаем никаких токов, кроме замкнутых, и, следовательно, допущение элемента тока в сущности неправильно. Далее, если мы прибавим к выражениям (1) и (2) какие-нибудь функции, ограниченные только условием, что интеграл их по замкнутому контуру равен нулю, то согласие с опытами будет не менее полное.
Все факты вышеуказанные приводят к выводу, что электрический ток вызывает вокруг себя магнитное поле. Для магнитной силы этого поля должны быть справедливы все законы, справедливые для магнитного поля вообще. В частности, вполне уместно введением понятия о силовых линиях магнитного поля, вызываемого электрическим током. Направление силовых линий в этом случае может быть обнаружено обычным способом при посредстве железных опилок. Если пропустить вертикальную проволоку с током через горизонтальный лист картона и насыпать на картон опилок, то при легком постукивании опилки расположатся концентрическими кругами, если только проводник достаточно длинен.
Так как силовые линии вокруг проволоки замыкаются и так как силовая линия определяет путь, по которому двигалась бы единица магнетизма в данном поле, то ясно, что можно вызвать вращение магнитного полюса вокруг тока. Первый прибор, в котором подобное вращение было осуществлено, был построен Фарадеем. Очевидно, что по силе магнитного поля можно судить о силе тока. К этому вопросу мы сейчас и подойдем.
Рассматривая магнитный потенциал очень длинного прямолинейного тока, мы легко можем доказать, что этот потенциал многозначен. В данной точке он может иметь бесконечно большое число различных значений, разнящихся одно от другого на 4 kmi π , где k - коэффициент, остальные буквы известны. Этим и объясняется возможность непрерывного вращения магнитного полюса вокруг тока. 4 kmi π и есть работа, совершаемая при одном обороте полюса; она берется за счет энергии источника тока. Особый интерес представляет случай замкнутого тока. Замкнутый ток мы можем себе представить в виде петли, сделанной на проволоке, по которой течет ток. Петля имеет произвольную форму. Два конца петли свернуты в жгут (шнур) и идут к далеко поставленному элементу.