DI DALAM bab sebelumnya kami menemukan bahwa listrik dan Medan gaya harus selalu dianggap bersama sebagai satu medan elektromagnetik yang lengkap. Pembagian medan elektromagnetik menjadi listrik dan magnet memiliki karakter relatif: pembagian seperti itu derajat yang menentukan tergantung pada kerangka acuan dimana fenomena tersebut dipertimbangkan. Dalam hal ini, bidang yang konstan dalam satu kerangka acuan, secara umum, berubah menjadi variabel di kerangka lain. Mari kita lihat beberapa contoh.

Muatan bergerak dalam kerangka acuan K inersia dengan kecepatan tetap ay. Dalam kerangka acuan ini, kita akan mengamati medan listrik dan medan magnet dari suatu muatan tertentu, dan kedua medan tersebut bervariasi terhadap waktu. Jika kita melihat sistem K¢ inersia yang bergerak bersama muatan, maka muatan tersebut diam di dalamnya dan kita hanya akan mengamati medan listrik.

Dua muatan identik bergerak dalam kerangka acuan K menuju satu sama lain dengan kecepatan yang sama ay. Dalam kerangka acuan ini kita akan mengamati medan listrik dan medan magnet, keduanya variabel. Temukan sistem K¢ di mana hanya satu bidang yang akan diamati, di pada kasus ini itu dilarang.

Dalam sistem K terdapat medan magnet tak homogen yang konstan (misalnya medan magnet stasioner magnet permanen). Kemudian pada sistem K¢ yang bergerak relatif terhadap sistem K, kita akan mengamati medan magnet dan listrik yang bergantian.

Dengan demikian menjadi jelas bahwa hubungan antara medan listrik dan medan magnet berbeda berbagai sistem hitung mundur. Ketika berpindah dari satu sistem referensi ke sistem referensi lainnya, bidang dan diubah dengan cara tertentu. Hukum transformasi ini ditetapkan pada teori khusus relativitas, dan cukup dengan cara yang kompleks. Karena alasan ini, kami tidak akan mereproduksi temuan yang relevan di sini.

Karena vektor dan karakterisasi medan elektromagnetik bergantung pada sistem referensi, muncul pertanyaan wajar tentang invarian, yaitu. independen dari sistem referensi karakteristik kuantitatif medan elektromagnetik (invarian dilambangkan dengan inv; lihat, misalnya, (43.1)).

Dapat ditunjukkan bahwa ada dua invarian, yaitu kombinasi vektor dan , ini adalah

Masuk; E 2 - C 2 B 2 = masuk, (43.1)

Di mana Dengan– kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Invarian besaran-besaran ini (sehubungan dengan transformasi Lorentz) adalah konsekuensi dari rumus transformasi medan ketika berpindah dari satu sistem inersia menghitung ke yang lain.

Penggunaan invarian ini memungkinkan dalam beberapa kasus untuk menemukan solusi dengan cepat dan mudah serta membuat kesimpulan dan prediksi yang tepat. Inilah yang paling penting di antaranya:

Dari invarian produk titik maka segera setelah itu dalam kasus ketika dalam kerangka acuan apa pun ^, yaitu. = 0, maka pada semua kerangka acuan inersia lainnya ^ ;

Dari invarian E 2 - C 2 B 2 maka dalam kasus ketika E = C B (yaitu ketika E 2 - C 2 B 2 = 0), maka dalam kerangka acuan inersia lainnya E¢ = C B¢;

Jika dalam sistem referensi mana pun sudut antara vektor dan lancip (atau tumpul) - artinya lebih besar (atau kurang) dari nol - maka sudut antara vektor dan juga akan lancip (atau tumpul) dalam sistem referensi lainnya;

Jika dalam suatu kerangka acuan E > C B (atau E< C B) – ini berarti E 2 - C 2 B 2 > 0 (atau E 2 - C 2 B 2< 0), то и в любой другой системе отсчета будет также E¢ > C B¢ (atau E¢< C B¢);

Jika kedua invarian sama dengan nol, maka dalam semua kerangka acuan inersia ^ dan E = C B, inilah yang diamati pada gelombang elektromagnetik;

Jika sama dengan nol hanya invarian, maka kita dapat menemukan sistem referensi di mana E¢ = 0 atau B¢ = 0; yang mana ditentukan oleh tanda invarian lainnya. Pernyataan sebaliknya juga benar: jika dalam suatu sistem referensi E = 0 atau B = 0, maka dalam sistem referensi lainnya ^.

Dan satu hal terakhir. Harus diingat bahwa bidang dan , secara umum, bergantung pada koordinat dan waktu. Oleh karena itu, masing-masing invarian (43.1) mengacu pada titik ruang-waktu yang sama di lapangan, yang koordinat dan waktunya berada di sistem yang berbeda referensi dihubungkan dengan transformasi Lorentz.

Hanya prinsip relativitas Einstein yang berlaku pada medan elektromagnetik, sejak adanya fakta propagasi gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa di semua sistem referensi dengan kecepatan yang sama Dengan tidak sesuai dengan prinsip relativitas Galileo.

Menurut prinsip relativitas Einstein, mekanik, optik dan fenomena elektromagnetik dalam semua sistem referensi inersia mereka berjalan dengan cara yang sama, yaitu dijelaskan dengan persamaan yang sama. Persamaan Maxwell adalah invarian dalam transformasi Lorentz: bentuknya tidak berubah ketika berpindah dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan inersia lainnya, meskipun besaran di dalamnya diubah menurut aturan tertentu.

Dari prinsip relativitas berikut ini pertimbangan terpisah medan listrik dan magnet mempunyai arti relatif. Jadi, apakah medan listrik diciptakan oleh sistem biaya stasioner, maka muatan-muatan ini, yang diam terhadap satu kerangka acuan inersia, bergerak relatif terhadap kerangka acuan lain dan, oleh karena itu, tidak hanya akan menghasilkan medan listrik, tetapi juga medan magnet. Demikian pula, sebuah konduktor dengan arus konstan, diam relatif terhadap satu kerangka acuan inersia, membangkitkan medan magnet konstan di setiap titik dalam ruang, bergerak relatif terhadap kerangka inersia lainnya, dan medan magnet bolak-balik yang dihasilkannya membangkitkan medan listrik pusaran.

Jadi, teori Maxwell, itu konfirmasi eksperimental, serta prinsip relativitas Einstein mengarah ke teori terpadu listrik, magnetik dan fenomena optik, berdasarkan konsep medan elektromagnetik.

Ketika kami mengatakan bahwa gaya magnet pada suatu muatan sebanding dengan kecepatannya, Anda mungkin berpikir, “Berapa kecepatannya? Sehubungan dengan kerangka acuan apa? Dari definisi yang diberikan di awal bab ini, jelaslah bahwa vektor ini akan berbeda-beda bergantung pada pilihan kerangka acuan yang digunakan untuk menentukan kecepatan muatan. Namun kami tidak mengatakan apa pun tentang sistem mana yang cocok untuk menentukan medan magnet.

Ternyata sistem inersia apa pun bisa digunakan. Kita juga akan melihat bahwa magnetisme dan listrik bukanlah hal yang berdiri sendiri, keduanya harus selalu dianggap sebagai satu medan elektromagnetik yang lengkap. Meskipun dalam kasus statis persamaan Maxwell dibagi menjadi dua pasangan terpisah: satu pasangan untuk listrik dan satu untuk magnet, tanpa ada hubungan yang terlihat antara kedua medan tersebut, namun di alam sendiri terdapat hubungan yang sangat mendalam di antara keduanya, yang timbul dari prinsip relativitas. . Secara historis, prinsip relativitas ditemukan setelah persamaan Maxwell. Faktanya, studi tentang listrik dan magnetlah yang membawa Einstein pada penemuan prinsip relativitas. Namun mari kita lihat pengetahuan kita tentang prinsip relativitas tentang gaya magnet, dengan asumsi bahwa prinsip relativitas berlaku (dan memang demikian) pada elektromagnetisme.

Mari kita pikirkan apa yang akan terjadi pada muatan negatif yang bergerak dengan kecepatan sejajar dengan kawat yang dilalui arus (Gbr. 13.10). Mari kita coba memahami apa yang terjadi dengan menggunakan dua sistem referensi: satu terkait dengan kawat, seperti pada Gambar. 13.10, a, dan yang lainnya dengan partikel, seperti pada Gambar. 13.10,b. Kami akan memanggil sistem referensi pertama, dan yang kedua.

Gambar 13.10. Interaksi kawat dengan arus dan partikel dengan muatan, dianggap dalam dua sistem koordinat.

a - kawat dalam sistem diam; b - muatan diam dalam sistem.

Dalam sistem tersebut, partikel jelas dipengaruhi oleh gaya magnet. Gaya diarahkan ke kawat, oleh karena itu, jika tidak ada yang mengganggu muatan, lintasannya akan membelok ke arah kawat. Namun dalam sistem tidak mungkin terdapat gaya magnet pada partikel tersebut, karena kecepatan partikelnya nol. Jadi mengapa dia terus diam? Akankah kita melihat hal yang berbeda dalam sistem yang berbeda? Prinsip relativitas menyatakan bahwa dalam sistem kita juga akan melihat bagaimana partikel mendekati kawat. Kita harus mencoba memahami mengapa hal ini bisa terjadi.

Mari kita kembali ke kita deskripsi atom kawat yang dilalui arus. Dalam konduktor umum seperti tembaga, arus listrik dihasilkan oleh pergerakan sebagian elektron negatif (disebut elektron konduksi), sedangkan muatan inti positif dan elektron yang tersisa tetap berlabuh di dalam material. Misalkan kerapatan elektron konduksi dan kecepatannya dalam sistem adalah . Massa jenis muatan stasioner dalam sistem adalah , yang seharusnya sama dengan tanda sebaliknya, karena kita mengambil kawat yang tidak bermuatan. Jadi jangan khawatir Medan listrik tidak, dan gaya pada partikel yang bergerak adalah sederhana

Dengan menggunakan hasil yang kita peroleh dalam persamaan (13.18) untuk medan magnet pada jarak dari sumbu kawat, kita menyimpulkan bahwa gaya yang bekerja pada partikel diarahkan ke kawat dan besarnya sama.

.

Dengan menggunakan persamaan (13.4) dan (13.5), arus dapat ditulis sebagai , dimana adalah luas penampang kawat. Kemudian

(13.20)

Kami bisa terus mempertimbangkannya kasus umum kecepatan sewenang-wenang dan , tetapi tidak akan lebih buruk jika dilakukan kasus spesial, ketika kecepatan partikel bertepatan dengan kecepatan konduksi elektron. Oleh karena itu, kita akan menulis , dan persamaan (13.20) akan berbentuk

(13.21)

Sekarang mari kita beralih ke apa yang terjadi dalam sistem, di mana partikel diam dan kawat melewatinya (ke kiri pada Gambar 13.10, b) dengan kecepatan. Muatan positif yang bergerak bersama kawat akan menciptakan medan magnet di dekat partikel. Namun partikel tersebut sekarang dalam keadaan diam, sehingga gaya magnet tidak berpengaruh padanya! Jika ada gaya yang timbul, pasti muncul karena medan listrik. Ternyata kawat yang bergerak menimbulkan medan listrik. Tapi dia hanya bisa melakukan ini jika dia tampak dituntut; kawat netral yang membawa arus harus sedemikian rupa sehingga tampak bermuatan jika digerakkan.

Kita perlu memikirkan hal ini. Mari kita coba menghitung kerapatan muatan pada kawat dalam sistem, menggunakan apa yang kita ketahui tentangnya dalam sistem. Sekilas orang mungkin mengira kepadatannya sama, tetapi dari Ch. 15 (masalah 2) kita mengetahui bahwa ketika berpindah dari satu sistem ke sistem lain, panjangnya berubah, oleh karena itu volumenya juga berubah. Karena massa jenis muatan bergantung pada volume yang ditempati muatan, maka massa jenisnya juga akan berubah.

Sebelum menentukan massa jenis muatan dalam suatu sistem, perlu diketahui apa yang terjadi pada muatan listrik sekelompok elektron ketika muatan tersebut berpindah. Kita tahu bahwa massa semu suatu partikel memperoleh pengali. Apakah hal serupa terjadi pada muatannya? TIDAK! Biaya tidak pernah berubah apakah mereka bergerak atau tidak. Jika tidak, kita tidak dapat mengamati secara eksperimental kekekalan muatan penuh.

Mari kita ambil suatu benda, misalnya konduktor, dan biarkan benda tersebut mula-mula tidak bermuatan. Sekarang mari kita panaskan. Karena elektron memiliki massa yang berbeda dengan proton, kecepatan elektron dan proton akan berubah secara berbeda. Jika muatan suatu partikel bergantung pada kecepatan partikel yang membawanya, maka pada benda yang dipanaskan, muatan elektron dan proton tidak akan terkompensasi. Sepotong bahan akan bermuatan jika dipanaskan.

Gambar 13.11. Jika sebaran partikel bermuatan mempunyai kerapatan muatan , maka dari sudut pandang sistem yang bergerak bersama kecepatan relatif, kerapatan muatan akan sama .

Kita telah melihat sebelumnya bahwa perubahan yang sangat kecil pada muatan masing-masing elektron dalam potongan tersebut akan menghasilkan medan listrik yang sangat besar. Hal seperti ini belum pernah diamati.

Selain itu, dapat dicatat bahwa kecepatan rata-rata elektron dalam suatu zat tergantung pada komposisi kimianya. Jika muatan elektron berubah seiring dengan kecepatan, muatan bersih suatu materi akan berubah selama reaksi kimia berlangsung. Seperti sebelumnya, perhitungan langsung menunjukkan bahwa ketergantungan muatan yang sangat kecil terhadap kecepatan akan menghasilkan hal yang paling sederhana reaksi kimia ke ladang yang luas. Tidak ada hal serupa yang pernah diamati, dan kami sampai pada kesimpulan bahwa muatan listrik suatu partikel tidak bergantung pada keadaan bergerak atau diam.

Jadi, muatan suatu partikel merupakan besaran skalar invarian yang tidak bergantung pada kerangka acuan. Ini berarti bahwa dalam sistem apa pun, kerapatan muatan dari distribusi elektron tertentu sebanding dengan jumlah elektron per satuan volume. Kita hanya perlu memperhitungkan fakta bahwa volume dapat berubah karena pengurangan jarak secara relativistik.

Sekarang mari kita terapkan ide-ide ini pada kawat bergerak kita. Jika kita mengambil seutas kawat yang panjangnya mempunyai massa jenis muatan stasioner, maka kawat tersebut akan memuat muatan penuh. Jika muatan yang sama bergerak dalam sistem lain dengan kecepatan tertentu, maka muatan-muatan tersebut akan berada dalam bahan yang panjangnya lebih pendek

tetapi penampangnya sama, karena dimensi pada arah tegak lurus terhadap gerak tidak berubah (Gbr. 13.11).

Jika kita menyatakan massa jenis muatan-muatan dalam sistem di mana muatan-muatan tersebut bergerak, maka muatan totalnya adalah , Tetapi ini juga harus sama dengan , karena muatan dalam sistem mana pun adalah sama, oleh karena itu, , atau menggunakan (13.22)

Kerapatan muatan dari sekumpulan muatan yang bergerak berubah dengan cara yang sama seperti massa relativistik suatu partikel. Sekarang mari kita terapkan hasil ini pada kepadatan muatan positif pada kawat kita. Muatan ini diam di dalam sistem. Namun, dalam sistem di mana kawat bergerak dengan kecepatan, massa jenis muatan positif menjadi sama

Muatan negatif dalam sistem berada dalam keadaan diam, oleh karena itu massa jenisnya dalam sistem ini adalah “kepadatan diam”. Dalam persamaan (13.23), karena rapat muatannya sama jika kawat diam, yaitu dalam sistem yang kecepatannya muatan negatif sama dengan . Kemudian untuk elektron konduksi kita peroleh

. (13.26)

Sekarang kita dapat memahami mengapa medan listrik timbul dalam sistem: karena dalam sistem ini di dalam kawat terdapat kerapatan muatan resultan yang diberikan oleh rumus

Menggunakan (13.24) dan (13.26) yang kita miliki

.

Karena kawat yang diam adalah netral, maka diperoleh

, (13.27)

Kawat kita yang bergerak bermuatan positif dan harus menciptakan medan pada titik di mana partikel luar yang diam berada. Kita telah memecahkan masalah elektrostatis pada silinder bermuatan seragam. Medan listrik pada jarak dari sumbu silinder adalah

. (13.28)

Gaya yang bekerja pada partikel bermuatan negatif diarahkan ke kawat. Kita mempunyai kekuatan yang diarahkan secara merata pada kedua sistem; kekuatan listrik dalam sistem diarahkan dengan cara yang sama seperti gaya magnet dalam sistem. Besarnya gaya dalam sistem adalah sama dengan

. (13.29)

Membandingkan hasil ini dengan hasil persamaan (13.21), kita melihat bahwa besar gaya dari sudut pandang kedua pengamat hampir sama. Lebih tepatnya,

oleh karena itu, untuk kecepatan rendah yang kita pertimbangkan, kedua gaya tersebut sama. Kita dapat mengatakan bahwa, setidaknya untuk kecepatan rendah, magnet dan listrik hanyalah “dua”. sisi yang berbeda hal yang sama."

Tapi ternyata semuanya lebih baik dari yang kami katakan. Jika kita memperhitungkan fakta bahwa gaya-gaya juga mengalami transformasi selama transisi dari satu sistem ke sistem lainnya, maka ternyata kedua metode pengamatan yang terjadi sebenarnya memberikan hasil yang sama. hasil fisik dengan kecepatan berapa pun.

Untuk memahami hal ini, Anda dapat, misalnya, mengajukan pertanyaan: berapakah momentum transversal yang diperoleh sebuah partikel jika suatu gaya bekerja padanya selama beberapa waktu? Kami tahu dari masalah. 2, bab. 16 bahwa momentum transversal partikel harus sama baik di dalam sistem maupun di dalam sistem. Mari kita nyatakan koordinat transversal dan bandingkan dan . Dengan menggunakan persamaan gerak yang benar secara relativistik, kita berharap bahwa seiring waktu partikel kita akan memperoleh momentum transversal dalam sistem, yang diberikan oleh ekspresi

Dalam sistem, momentum transversal akan sama dengan

Angka. 13.12. Dalam sistem, rapat muatan adalah nol, dan rapat arus sama dengan . Yang ada hanyalah medan magnet. Dalam sistem, rapat muatan sama dengan , dan rapat arus adalah . Medan magnet di sini sama dan ada medan listrik.

Kita harus membandingkan dan , tentu saja, untuk interval waktu yang sesuai dan . Dalam bab. 15 (masalah 2) kita melihat bahwa interval waktu yang berkaitan dengan partikel yang bergerak tampak lebih panjang daripada interval dalam kerangka diam partikel tersebut. Karena partikel kita awalnya diam di dalam sistem, kita perkirakan ukurannya kecil

dan semuanya menjadi luar biasa. Menurut (13.31) dan (13.32),

dan jika kita gabungkan (13,30) dan (13,33), maka perbandingannya sama dengan satu.

Jadi ternyata kita mendapatkan hasil yang sama, terlepas dari apakah kita menganalisis gerak partikel yang terbang di sebelah kawat pada kerangka diam kawat atau pada kerangka diam partikel. Dalam kasus pertama gayanya murni “magnetik”, dalam kasus kedua gayanya murni “listrik”. Kedua metode observasi ditunjukkan pada Gambar. 13.12 (walaupun pada sistem kedua juga terdapat medan magnet, namun tidak mempengaruhi partikel diam).

Jika kita memilih sistem koordinat lain, kita akan menemukan campuran medan dan . Gaya listrik dan gaya magnet merupakan satu kesatuan fenomena fisik- interaksi elektromagnetik partikel. Pembagian interaksi ini menjadi bagian listrik dan magnet di secara luas tergantung pada kerangka acuan di mana kita menggambarkan interaksi tersebut. Tapi lengkap deskripsi elektromagnetik invarian; listrik dan magnet jika digabungkan konsisten dengan prinsip relativitas yang ditemukan oleh Einstein." Dalam sistem pada titik bermuatan, rumus (13.1) tidak akan berubah jika sumber medan atau bergerak (nilai dan akan berubah akibat pergerakan). Deskripsi matematis kami hanya berlaku untuk bidang sebagai fungsi dan , yang diambil dalam kerangka acuan inersia.

Nanti kita akan membahas tentang “gelombang medan listrik dan magnet yang merambat melalui ruang”, seperti gelombang cahaya. Tapi ini seperti berbicara tentang gelombang yang berjalan di sepanjang tali. Yang kami maksud bukan bahwa ada bagian tali yang bergerak searah gelombang, tetapi yang kami maksudkan adalah perpindahan tali itu mula-mula muncul di satu tempat, lalu di tempat lain. Demikian pula untuk gelombang elektromagnetik – gelombang itu sendiri merambat, dan besarnya medan berubah.

Jadi di masa depan, ketika kita - atau orang lain - berbicara tentang bidang yang "bergerak", Anda harus memahami bahwa kita hanya berbicara tentang bidang yang singkat dan cara yang nyaman deskripsi bidang yang berubah dalam kondisi tertentu.

Benar-benar, rumus klasik untuk gaya Lorentz, ia dipecah menjadi dua istilah: yang pertama menentukan bagian listrik dari gaya ini, yang kedua - bagian magnetnya. Karena hanya muatan bergerak yang mengalami aksi magnet, maka ketika berpindah ke ISO, di mana muatan ini diam, instrumen tidak akan mendeteksi aksi magnet *. Namun tidak ada hilangnya (atau kemunculan) materi yang terjadi dalam kasus ini: dalam ISO apa pun tidak ada kemungkinan untuk menghilangkan listrik dan secara bersamaan pengaruh magnetik Faktanya adalah ada satu medan elektromagnetik, tetapi secara historis telah berkembang sedemikian rupa sehingga berbagai manifestasinya (tergantung pada kondisi pengamatan, pilihan ISO) mendapat nama independen: pengaruh listrik (dalam hal ini medan elektromagnetik disebut listrik ), pengaruh magnet (dalam hal ini, medan elektromagnetik disebut magnet). Ini tentang sebenarnya tentang bidang stasioner atau statis. Dalam hal inilah persamaan Maxwell dipecah menjadi dua kelompok persamaan, beberapa di antaranya menggambarkan manifestasi listrik medan elektromagnetik, yang lain menggambarkan manifestasi magnetik. Dalam kasus non-stasioner, pemisahan seperti itu tidak mungkin lagi, dan dengan perubahan waktu medan listrik (magnet), pusaran medan magnet (listrik) tereksitasi. Proses yang saling berhubungan tersebut dapat merambat di ruang angkasa dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Dan dalam ISO apa pun, dimungkinkan untuk mendeteksi medan elektromagnetik tunggal sebagai lingkungan material tunggal.

Semua ini, pada prinsipnya, telah diketahui sebelum penciptaan SRT (kecuali bahwa medan elektromagnetik tidak dianggap sebagai salah satu jenis materi, tetapi kondisi khusus elektromagnetik eter). Perbedaan utama antara hasil SRT dengan rumus sebelumnya fisika relativistik terdiri dari berbagai ekspresi analitis untuk mengubah karakteristik medan elektromagnetik

Untuk mengilustrasikan relativitas pembagian medan elektromagnetik tunggal menjadi listrik dan magnet, perhatikan masalah berikut: arus searah mengalir melalui sebuah konduktor, pertimbangkan medan arus ini berdasarkan dua ISO “Konduktor” dan “Elektron”, yang menghubungkan masing-masingnya. dengan objek yang sesuai

Dalam ISO "Penjelajah" sel kristal Konduktornya diam, tetapi elektron konduksi bergerak dengan kecepatan tertentu. Karena arus searah mengalir melalui suatu konduktor, maka jumlah elektron yang “masuk” ke dalam konduktor sama dengan jumlah elektron yang “keluar”, hal ini sesuai dengan definisinya. arus searah. Oleh karena itu, baik sebelum maupun sesudah rangkaian ditutup, konduktor secara keseluruhan menjadi netral. Secara matematis, hal ini dapat ditulis sebagai berikut: atau, di mana kepadatan volume muatan positif dari kisi kristal dan elektron yang dihasilkan dalam ISO tertentu listrik dengan massa jenis, dan tanda (-) memperhitungkan tanda muatan elektron, N - kepadatan massal elektron, kamu– kecepatan gerakan terarahnya.

Dalam ISO “Elektron” elektron konduksi tidak bergerak, tetapi kisi kristal bergerak dengan kecepatan (- kamu) . Pada ISO ini, massa jenis muatan positif dan negatif akan berubah sesuai rumus *:

dimana, sejak itu ion positif di ISO "Explorer" mereka tidak bergerak.

Masing-masing,

yang lebih besar dari nol, konduktor dalam ISO “Elektron” memperoleh muatan positif. Dan jika dalam ISO “Konduktor” medan magnet dapat dideteksi di sekitar konduktor dengan bantuan instrumen (yaitu secara objektif), maka dalam “Elektron” ISO instrumen tersebut akan mencatat medan listrik (dari konduktor bermuatan) dan medan magnet. medan magnet (dari arus yang terkait dengan pergerakan ion kisi dalam ISO ini).

Mari kita perhatikan sekali lagi bahwa tidak ada penciptaan materi yang terjadi di kedua ISO tersebut terdapat satu medan elektromagnetik. Tetapi dengan memilih ISO, yaitu kondisi untuk mengamatinya objek materi, kami mengetahui darinya manifestasi yang berbeda, properti berbeda.

Karena ketika berpindah dari satu ISO ke ISO lainnya, tidak hanya besarnya, tetapi juga kerapatan arusnya berubah, dan karakteristik muatan dan arus ini berhubungan langsung dengan karakteristik medan elektromagnetik, vektor-vektornya, dan, yang menunjukkan sifat relatifnya. jumlah.

Di mana ay – kecepatan gerakan relatif dua ISO.

Dari rumus di atas dapat disimpulkan bahwa jika pada satu ISO hanya terdapat medan listrik, maka pada ISO yang lain tidak hanya terdeteksi medan listrik, tetapi juga medan magnet.

Kami sekali lagi yakin bahwa pembagian medan elektromagnetik tunggal menjadi listrik dan magnet adalah relatif.

* Sampai saat ini, diyakini bahwa hanya medan magnet yang merupakan objek relativistik. Hal ini tentu saja bermula dari ketidaktahuan akan sejarah fisika dan prinsip relativitas A. Einstein. Objek relativistik adalah medan elektromagnetik tunggal, dan bagaimana ia akan memanifestasikan dirinya dalam kerangka acuan yang dipilih (listrik atau efek magnetik) tidak memungkinkan kita untuk menganggap hanya medan magnet sebagai relativistik, dan medan listrik sebagai non-relativistik.

* Pembaca akan menemukan turunan rumus yang digunakan dalam buku penulis “Teori Relativitas Khusus” terbitan POIPKRO, 1995, hal.

Hukum transformasi dan relativitas

Medan elektromagnetik berbeda dari sistem partikel mana pun sistem fisik s tanpa batas jumlah yang besar derajat kebebasan. Properti ini dikaitkan dengan keadaan lapangan tertentu. Memang, dalam wilayah keberadaan medan, nilai-nilai komponen independen merupakan jumlah kuantitas yang tidak terbatas, karena setiap wilayah ruang mengandung jumlah yang tidak terbatas. jumlah yang besar poin.

Medan listrik dan magnet adalah berbagai manifestasi lajang medan elektromagnetik, yang juga mematuhi prinsip superposisi. Pembagian medan elektromagnetik menjadi medan listrik dan medan magnet bersifat relatif, karena bergantung pada pilihan sistem acuan.

Misalnya, suatu muatan bergerak dalam kerangka acuan inersia S dengan kecepatan konstan v atau saat bergerak biaya yang identik menuju satu sama lain dengan kecepatan konstan v. Dalam kerangka acuan ini, medan listrik dan magnet dari muatan ini diamati, namun berubah seiring waktu. Ketika berpindah ke kerangka acuan inersia lain S *, bergerak bersama muatan, hanya medan listrik yang diamati, karena muatan diam di dalamnya. Jika dalam kerangka acuan S - terdapat medan magnet yang konstan dan tidak homogen (misalnya, magnet tapal kuda), maka dalam kerangka S * - yang bergerak relatif terhadap kerangka S, medan listrik dan magnet bolak-balik diamati.

Hubungan antara medan listrik dan medan magnet tidak sama pada sistem referensi yang berbeda.

Eksperimen menunjukkan bahwa muatan partikel apa pun adalah invarian, yaitu tidak bergantung pada kecepatan partikel dan pilihan kerangka acuan inersia. teorema Gauss

berlaku tidak hanya untuk muatan yang diam, tetapi juga untuk muatan yang bergerak, yaitu invarian terhadap kerangka acuan inersia.

Ketika berpindah dari satu kerangka acuan inersia ke kerangka acuan inersia lainnya, medan listrik dan magnet berubah. Misalkan ada dua kerangka acuan inersia: S dan sistem yang bergerak relatif terhadapnya, dengan kecepatan S*. Jika pada suatu titik spatio-temporal A dari sistem S nilai-nilai field dan diketahui, lalu berapakah nilai-nilai field tersebut * dan * pada titik spatio-temporal A yang sama dari sistem S *? Titik spatiotemporal A adalah titik yang koordinat dan waktu pada kedua sistem acuan dihubungkan melalui transformasi Lorentz, yaitu.

Hukum transformasi bidang-bidang ini menurut teori relativitas khusus dinyatakan dalam empat rumus berikut:

Simbol || dan ^ komponen medan listrik dan magnet memanjang dan melintang (relatif terhadap vektor) ditandai; c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa;

Dari persamaan tersebut terlihat jelas bahwa masing-masing vektor * dan * dinyatakan melalui dan melalui, yang menunjukkan kesatuan sifat medan listrik dan medan magnet.

Misalnya, modulus kekuatan vektor E dari muatan relativistik yang bergerak bebas dijelaskan dengan rumus

dimana a adalah sudut antara vektor jari-jari dan vektor kecepatan.

Selamat datang di pendidikan kami dan sumber daya pendidikan situs web! Tujuan kami adalah memungkinkan siswa sekolah dan universitas menerima jawaban paling ringkas dan informatif atas pertanyaan mereka pertanyaan ilmiah. Untuk ini kami menggunakan berbagai metode penyajian materi: artistik, jurnalistik dan bentuk ilmiah. Kami berharap itu milik kami bahan ajar akan membantu Anda menguasai pertanyaan ini atau itu. Di situs ini Anda dapat menemukan segalanya: ceramah, lembar contekan, catatan, abstrak, dan seminar.

Relativitas medan listrik dan magnet

Maxwell menerjemahkan semuanya ke dalam bahasa persamaan fakta yang diketahui dan ketentuan mengenai kelistrikan dan fenomena magnetik. Sistem persamaan medan listrik dan magnet ini sekarang disebut “persamaan Maxwell”. Mari kita gambarkan persamaan ini secara lisan, masukkan ke dalam tabel.

1. Medan listrik dan magnet saling berubah ketika berpindah dari satu sistem inersia ke sistem inersia lainnya. Dapat dikatakan bahwa pembagian medan menjadi listrik dan magnet cukup relatif dan bergantung pada sistem acuan.

2. Pemilihan sistem referensi merupakan tindakan subyektif yang menjadi sandaran keberadaan bidang tersebut.

Medan elektromagnetik - itu saja realitas obyektif, ada terlepas dari apakah kita melakukan percobaan dan dalam kerangka acuan apa atau tidak sama sekali. Oleh karena itu, medan elektromagnetik tidak dapat dianggap sebagai “kumpulan” medan listrik dan medan magnet. Medan listrik dan medan magnet merupakan manifestasi dari satu kesatuan (medan elektromagnetik) dalam kondisi yang berbeda.