Магнитное поле движущегося заряда

Магнитное поле движущегося заряда может возникать вокруг проводника с током, так как в нем движутся электроны, обладающие элементарным электрическим зарядом. Также его можно наблюдать и при движении других носителей зарядов. Например, ионов в газах или жидкостях. Это упорядоченное движение носителей зарядов, как известно, вызывает в окружающем пространстве возникновение магнитного поля. Таким образом, можно предположить, что магнитное поле, независимо от природы тока его вызывающего, возникает и вокруг одного заряда, находящегося в движении.

Общее же поле в окружающей среде формируется из суммы полей, создаваемых отдельными зарядами. Этот вывод можно сделать исходя из принципа суперпозиции. На основании различных опытов был получен закон, который определяет магнитную индукцию для точечного заряда. Этот заряд свободно перемещается в среде с постоянной скоростью:

\(B=\frac {\mu_0\mu}{4\pi} \frac {Q[vr]}{r^3},\)

Формула 1 – закон электромагнитной индукции для движущегося точечного заряда

где r – радиус-вектор, идущий от заряда к точке наблюдения;

Q – заряд;

V – вектор скорости движения заряда.

\(B=\frac{\mu_0\mu}{4\pi}\frac {Qv}{r^2}\sin\)

Формула 2 – модуль вектора индукции

где альфа – это угол между вектором скорости и радиус-вектором.

Эти формулы определяют магнитную индукцию для положительного заряда. Если ее необходимо рассчитать для отрицательного заряда, то нужно подставить заряд со знаком минус. Скорость движения заряда определяется относительно точки наблюдения.

Чтобы обнаружить магнитное поле при перемещении заряда, можно провести опыт. При этом заряд не обязательно должен двигаться под действием электрических сил. Первая часть опыта состоит в том, что по проводнику круговой формы проходит электрический ток. Следовательно, вокруг него образуется магнитное поле, действие которого можно наблюдать при отклонении магнитной стрелки находящейся рядом с витком.

Рисунок 1 – круговой виток с током воздействует на магнитную стрелку

На рисунке изображен виток с током, слева показана плоскость витка, справа – плоскость перпендикулярная ей.

Во второй части опыта мы возьмем сплошной металлический диск, закрепленный на оси, от которой он изолирован. При этом диску сообщен электрический заряд, и он способен быстро вращаться вокруг своей оси. Над диском закреплена магнитная стрелка. Если раскрутить диск с зарядом, то можно обнаружить, что стрелка вращается. Причем это движение стрелки будет таким же, как при движении тока по кольцу. Если при этом изменить заряд диска или направление вращения, то и стрелка будет отклоняться в другую сторону.

Рисунок 2 – вращающийся проводящий заряженный диск

Из этих опытов можно сделать вывод, что независимо от природы возникновения электрического тока, а также от носителей зарядов, которые его обеспечивают, магнитное поле возникает вокруг всех движущихся зарядов.