İÇİNDE önceki bölüm elektrik olduğunu öğrendik ve manyetik alan her zaman tam bir elektromanyetik alan olarak birlikte düşünülmelidir. Elektromanyetik alanın elektrik ve manyetik olarak bölünmesi göreceli karakter: böyle bir bölünme belirleyici derece fenomenlerin değerlendirildiği referans çerçevesine bağlıdır. Bu durumda, genel durumda, bir referans çerçevesinde sabit olan bir alanın, başka bir çerçevede değişken olduğu ortaya çıkar. Bazı örneklere bakalım.

Yük eylemsiz K-referans çerçevesinde hareket eder. sabit hız v. Bu referans çerçevesinde belirli bir yükün hem elektrik hem de manyetik alanlarını gözlemleyeceğiz ve her iki alan da zamanla değişkendir. Yükle birlikte hareket eden eylemsiz bir K¢ sistemine gidersek, o zaman yük onun içinde hareketsizdir ve yalnızca elektrik alanını gözlemleriz.

İki özdeş yük K-referans çerçevesinde birbirine doğru aynı hızla hareket eder v. Bu referans çerçevesinde, her ikisi de değişken olan hem elektrik hem de manyetik alanları gözlemleyeceğiz. Alanlardan yalnızca birinin gözleneceği bir K¢ sistemi bulun. bu durumda yasaktır.

K sisteminde sabit, homojen olmayan bir manyetik alan vardır (örneğin, sabit bir manyetik alanın alanı). kalıcı mıknatıs). Daha sonra K sistemine göre hareket eden K¢ sisteminde alternatif manyetik ve elektrik alanlarını gözlemleyeceğiz.

Böylece elektrik alanı ile manyetik alan arasındaki ilişkinin farklı olduğu ortaya çıkıyor. çeşitli sistemler geri sayım. Bir referans sisteminden diğerine geçerken alanlar belirli bir şekilde dönüştürülür. Bu dönüşümün yasaları özel teori görelilik ve oldukça karmaşık bir şekilde. Bu nedenle ilgili bulguları burada aktarmayacağız.

Elektromanyetik alanın vektörleri ve karakterize edilmesi referans sistemine bağlı olduğundan, değişmezler hakkında doğal bir soru ortaya çıkar; referans sisteminden bağımsız niceliksel özellikler elektromanyetik alan (değişmez inv ile gösterilir; örneğin bkz. (43.1)).

Vektörlerin birleşimi olan bu tür iki değişmezin olduğu gösterilebilir ve bu

Yatırım; E 2 - C 2 B 2 = ters, (43.1)

Nerede İle– ışığın boşluktaki hızı.

Bu miktarların değişmezliği (Lorentz dönüşümlerine göre), birinden geçerken alan dönüşüm formüllerinin bir sonucudur. eylemsizlik sistemi diğerine saymak.

Bu değişmezlerin kullanılması bazı durumlarda hızlı ve kolay bir çözüm bulmayı ve uygun sonuçlar ve tahminler yapmayı mümkün kılar. İşte bunlardan en önemlileri:

Değişmezlikten nokta ürün herhangi bir referans çerçevesinde ^ olması durumunda hemen bunu takip eder, yani. = 0, diğer tüm eylemsiz referans sistemlerinde ^ ;

E 2'nin değişmezliğinden - C 2 B 2 durumunda E = C B (yani E 2 - C 2 B 2 = 0), o zaman başka herhangi bir eylemsiz referans çerçevesinde E¢ = C B¢;

Herhangi bir referans sisteminde ve vektörleri arasındaki açı dar (veya geniş) ise - bu sıfırdan büyük (veya küçük) olduğu anlamına gelir - o zaman ve vektörleri arasındaki açı başka herhangi bir referans sisteminde de dar (veya geniş) olacaktır;

Herhangi bir referans çerçevesinde E > C B (veya E< C B) – bu şu anlama gelir: E 2 - C 2 B 2 > 0 (veya E 2 - C 2 B 2< 0), то и в любой другой системе отсчета будет также E¢ > C B¢ (veya E¢< C B¢);

Her iki değişmez de sıfıra eşitse, o zaman tüm eylemsiz referans çerçevelerinde ^ ve E = C B, elektromanyetik dalgada gözlemlenen şey tam olarak budur;

Eğer sıfıra eşit yalnızca değişmezse, E¢ = 0 veya B¢ = 0 olan bir referans sistemi bulunabilir; hangisi diğer değişmezin işaretiyle belirlenir. Tersi ifade de doğrudur: herhangi bir referans sisteminde E = 0 veya B = 0 ise, o zaman herhangi bir diğer referans sisteminde ^.

Ve son bir şey. Alanların ve genel anlamda hem koordinatlara hem de zamana bağlı olduğu unutulmamalıdır. Bu nedenle, değişmezlerin (43.1) her biri, koordinatları ve zamanı olan alanın aynı uzay-zaman noktasına karşılık gelir. farklı sistemler referanslar Lorentz dönüşümleri ile bağlanır.

Yayılma olgusu nedeniyle elektromanyetik alana yalnızca Einstein'ın görelilik ilkesi uygulanabilir. elektromanyetik dalgalar vakumda tüm referans sistemlerinde aynı hızda İle Galileo'nun görelilik ilkesiyle uyumlu değildir.

Einstein'ın görelilik ilkesine göre mekanik, optik ve elektromanyetik olaylar tüm eylemsiz referans sistemlerinde aynı şekilde ilerlerler, yani aynı denklemlerle tanımlanırlar. Maxwell denklemleri Lorentz dönüşümleri altında değişmez: Bir eylemsiz referans sisteminden diğerine geçerken biçimleri değişmez, ancak içlerindeki miktarlar belirli kurallara göre dönüştürülür.

Görelilik ilkesinden şu sonuç çıkıyor ayrı değerlendirme elektrik ve manyetik alanlar vardır göreceli anlam. Yani, eğer elektrik alanı sistem tarafından yaratılıyorsa sabit masraflar o zaman bu yükler, bir eylemsiz referans çerçevesine göre sabit olan, diğerine göre hareket eder ve bu nedenle yalnızca bir elektrik değil, aynı zamanda bir manyetik alan da üretecektir. Benzer şekilde, sabit bir akıma sahip, bir eylemsiz referans çerçevesine göre sabit olan bir iletken, uzaydaki her noktada sabit bir manyetik alan yaratır, diğer eylemsiz çerçevelere göre hareket eder ve oluşturduğu alternatif manyetik alan, bir girdap elektrik alanını harekete geçirir.

Böylece Maxwell'in teorisi, deneysel doğrulama Einstein'ın görelilik ilkesinin yanı sıra birleşik teori elektriksel, manyetik ve optik fenomen elektromanyetik alan kavramına dayanmaktadır.

Bir yüke etki eden manyetik kuvvetin hızıyla orantılı olduğunu söylediğimizde muhtemelen şöyle düşünmüşsünüzdür: “Hangi hız? Hangi referans çerçevesine göre? Bu bölümün başında verilen tanımdan, yüklerin hızını tanımladığımız referans çerçevesinin seçimine bağlı olarak bu vektörün farklı olacağı açıktır. Ancak manyetik alanın belirlenmesi için hangi sistemin uygun olduğuna dair bir şey söylemedik.

Herhangi bir eylemsizlik sisteminin uygun olduğu ortaya çıktı. Ayrıca manyetizma ve elektriğin bağımsız şeyler olmadığını, her zaman tam bir elektromanyetik alan olarak birlikte ele alınması gerektiğini göreceğiz. Her ne kadar statik durumda Maxwell denklemleri iki ayrı çifte bölünmüş olsa da: bir çift elektrik ve bir çift manyetizma için, her iki alan arasında görünür bir bağlantı olmasa da, doğada bunlar arasında görelilik ilkesinden kaynaklanan çok derin bir ilişki vardır. . Tarihsel olarak görelilik ilkesi Maxwell denklemlerinden sonra keşfedildi. Aslında Einstein'ın görelilik ilkesini keşfetmesine yol açan şey elektrik ve manyetizma üzerine yaptığı çalışmalardı. Ama görelilik ilkesinin elektromanyetizma için geçerli olduğunu (ve aslında öyle olduğunu) varsayarak, görelilik ilkesine ilişkin bilgimizin bize manyetik kuvvetler hakkında ne söylediğini görelim.

İçinden akımın geçtiği bir tele paralel hızla hareket eden negatif yüke ne olacağını düşünelim (Şekil 13.10). İki referans sistemi kullanarak neler olduğunu anlamaya çalışalım: biri tel ile ilişkili, Şekil 2'de olduğu gibi. 13.10, a ve diğeri bir parçacıkla, Şekil 1'deki gibi. 13.10, b. Birinci referans sistemini, ikincisini ise referans sistemi olarak adlandıracağız.

Şekil 13.10. İki koordinat sisteminde ele alınan bir telin akımla ve bir parçacığın yükle etkileşimi.

a - sistemde bir tel hareketsizdir; b - sistemde bir yük hareketsizdir.

Sistemde parçacık açıkça bir manyetik kuvvetten etkilenmektedir. Kuvvet tele doğru yönlendirilir, bu nedenle yüke hiçbir şey müdahale etmezse yörüngesi tele doğru bükülür. Ancak sistemde parçacık üzerinde manyetik bir kuvvet olamaz çünkü parçacık hızı sıfırdır. O halde ne hareketsiz kalacak? Farklı sistemlerde farklı şeyler mi göreceğiz? Görelilik ilkesi, sistemde parçacığın tele nasıl yaklaştığını da göreceğimizi belirtir. Bunun neden olabileceğini anlamaya çalışmalıyız.

Konumuza dönelim atom açıklaması içinden akımın geçtiği tel. Bakır gibi ortak bir iletkende, negatif elektronların (iletim elektronları adı verilen) bir kısmının hareketi ile elektrik akımları üretilirken, pozitif nükleer yükler ve geri kalan elektronlar malzeme içinde sabitlenmiş halde kalır. İletim elektronlarının yoğunluğu ve sistemdeki hızları olsun. Sistemdeki sabit yüklerin yoğunluğu, yüksüz bir tel aldığımız için zıt işarete eşit olmalıdır. Yani telin dışında Elektrik alanı hayır ve hareketli bir parçacık üzerindeki kuvvet basitçe

Telin ekseninden belirli bir mesafedeki manyetik alan için denklem (13.18)'de bulduğumuz sonucu kullanarak, parçacığa etki eden kuvvetin tele doğru yönlendirildiği ve büyüklüğünün eşit olduğu sonucuna varırız.

.

Denklemler (13.4) ve (13.5) kullanılarak akım şu şekilde yazılabilir: telin kesit alanı. Daha sonra

(13.20)

Düşünmeye devam edebiliriz Genel dava keyfi hızlar ve , ancak almak daha kötü olmazdı özel durum Parçacık hızı iletim elektronlarının hızıyla çakıştığında. Bu nedenle yazıyoruz ve denklem (13.20) formunu alıyor

(13.21)

Şimdi parçacığın hareketsiz olduğu ve telin onun yanından (Şekil 13.10, b'de sola doğru) hızla geçtiği sistemde neler olduğuna dönelim. Tel boyunca hareket eden pozitif yükler parçacığın yakınında bir miktar manyetik alan yaratacaktır. Ancak parçacık şu anda hareketsiz olduğundan manyetik kuvvetin onun üzerinde hiçbir etkisi yoktur! Herhangi bir kuvvet ortaya çıkarsa, bu elektrik alanı nedeniyle ortaya çıkmalıdır. Hareket eden bir telin bir elektrik alanı oluşturduğu ortaya çıktı. Ancak bunu ancak suçlanmış gibi göründüğünde yapabilir; akım taşıyan nötr bir tel harekete geçirildiğinde yüklü görünecek şekilde olmalıdır.

Bunu çözmemiz gerekiyor. Sistemdeki telin yük yoğunluğunu sistem hakkında bildiklerimizi kullanarak hesaplamaya çalışalım. İlk bakışta yoğunlukların aynı olduğu düşünülebilir, ancak Ch. 15 (sayı 2)'de bir sistemden diğerine geçerken uzunlukların değiştiğini, dolayısıyla hacimlerin de değişeceğini biliyoruz. Yük yoğunlukları yüklerin kapladığı hacme bağlı olduğundan yoğunluklar da değişecektir.

Bir sistemdeki yük yoğunluklarını belirlemeden önce, yükler hareket ettiğinde bir grup elektronun elektrik yüküne ne olacağını bilmeniz gerekir. Bir parçacığın görünen kütlesinin bir çarpan kazandığını biliyoruz. Şarjında ​​da benzer bir şey oluyor mu? HAYIR! Yüklerin hareket edip etmemeleri asla değişmez. Aksi halde tam yükün korunumunu deneysel olarak gözlemleyemeyiz.

İletken gibi bir madde parçasını alalım ve başlangıçta yüksüz olsun. Şimdi ısıtalım. Elektronlar protonlardan farklı bir kütleye sahip olduğundan elektronların ve protonların hızları farklı şekilde değişecektir. Bir parçacığın yükü onu taşıyan parçacığın hızına bağlı olsaydı, ısıtılan parçada elektron ve protonların yükleri telafi edilmezdi. Bir malzeme parçası ısıtıldığında yüklenecektir.

Şekil 13.11. Yüklü parçacıkların dağılımının bir yük yoğunluğu varsa, o zaman hareket eden bir sistem açısından bağıl hız yük yoğunluğu eşit olacaktır .

Parçadaki elektronların her birinin yükündeki çok küçük bir değişikliğin büyük elektrik alanlarına yol açacağını daha önce görmüştük. Şimdiye kadar böyle bir şey gözlemlenmedi.

Ayrıca şunu da belirtmek mümkündür ki ortalama sürat Bir maddedeki elektronlar onun kimyasal bileşimine bağlıdır. Eğer bir elektronun yükü hızla değişecek olsaydı, bir madde parçasının net yükü kimyasal reaksiyonun seyri sırasında değişecekti. Daha önce olduğu gibi, doğrudan hesaplama, yükün hıza çok küçük bir bağımlılığının bile en basit sonuca yol açacağını göstermektedir. kimyasal reaksiyonlar devasa alanlara. Benzer bir şey gözlemlenmedi ve tek bir parçacığın elektrik yükünün hareket veya dinlenme durumuna bağlı olmadığı sonucuna vardık.

Yani bir parçacığın yükü, referans çerçevesine bağlı olmayan, değişmez bir skaler miktardır. Bu, herhangi bir sistemde belirli bir elektron dağılımının yük yoğunluğunun, birim hacim başına elektron sayısıyla orantılı olduğu anlamına gelir. Sadece mesafelerin göreceli olarak azalması nedeniyle hacmin değişebileceği gerçeğini hesaba katmamız gerekiyor.

Şimdi bu fikirleri hareketli telimize uygulayalım. Sabit yük yoğunluğunun olduğu uzunlukta bir tel alırsanız, o zaman tam yük içerecektir. Eğer aynı yükler başka bir sistemde hızla hareket ediyorsa, hepsi daha kısa uzunluktaki bir malzeme parçasında olacaktır.

ancak aynı kesit, harekete dik yöndeki boyutlar değişmediğinden (Şekil 13.11).

Eğer hareket ettikleri sistemdeki yüklerin yoğunluğunu belirtirsek, o zaman toplam yük şöyle olacaktır, Ancak bu da eşit olmalıdır, çünkü herhangi bir sistemdeki yük aynıdır, dolayısıyla (13.22)'yi kullanırız.

Hareketli bir yük kümesinin yük yoğunluğu, parçacığın göreli kütlesiyle aynı şekilde değişir. Şimdi bu sonucu telimizdeki pozitif yüklerin yoğunluğuna uygulayalım. Bu masraflar sistemde hareketsizdir. Ancak telin hızla hareket ettiği bir sistemde pozitif yüklerin yoğunluğu şuna eşit olur:

Sistemdeki negatif yükler hareketsizdir, dolayısıyla bu sistemdeki yoğunlukları “durgun yoğunluk”tur. Denklem (13.23)'te, çünkü tel hareketsizse, yani hızın eşit olduğu bir sistemde yük yoğunlukları eşittir. negatif masraflar eşittir . Sonra iletim elektronları için şunu elde ederiz:

. (13.26)

Artık sistemde elektrik alanlarının neden ortaya çıktığını anlayabiliriz: çünkü bu sistemde telde formülle verilen bir yük yoğunluğu ortaya çıkar.

(13.24) ve (13.26)'yı kullanarak şunu elde ederiz:

.

Duran tel nötr olduğundan şunu elde ederiz:

, (13.27)

Hareket eden telimiz pozitif yüklüdür ve hareketsiz durumdaki dış parçacığın bulunduğu noktada bir alan oluşturmalıdır. Eşit yüklü bir silindirin elektrostatik problemini zaten çözmüştük. Silindir ekseninden belirli bir mesafedeki elektrik alanı

. (13.28)

Negatif yüklü bir parçacığa etki eden kuvvet tele doğru yönlendirilir. Her iki sistemde de eşit olarak yönlendirilen bir kuvvetimiz var; Elektrik gücü sistemdeki manyetik kuvvetle aynı yönde yönlendirilir. Sistemdeki kuvvetin büyüklüğü eşittir

. (13.29)

Bu sonucu denklem (13.21)'deki sonucumuzla karşılaştırdığımızda, iki gözlemci açısından kuvvetlerin büyüklüklerinin hemen hemen aynı olduğunu görüyoruz. Daha kesin,

dolayısıyla ele aldığımız düşük hızlar için her iki kuvvet de aynıdır. En azından düşük hızlar için manyetizma ve elektriğin basitçe “iki şey” olduğunu söyleyebiliriz. farklı taraflar aynı şey."

Ancak her şeyin söylediğimizden daha iyi olduğu ortaya çıktı. Bir sistemden diğerine geçiş sırasında kuvvetlerin de dönüştüğünü hesaba katarsak, her iki olanı gözlemleme yönteminin de aslında aynı şeyi verdiği ortaya çıkar. fiziksel sonuçlar herhangi bir hızda.

Bunu görmek için örneğin şu soruyu sorabilirsiniz: Bir parçacık üzerine bir süre boyunca bir kuvvet etki ettiğinde hangi enine momentum elde edilecektir? Konudan biliyoruz. 2, bölüm. Şekil 16'da parçacığın enine momentumunun hem sistemde hem de sistemde aynı olması gerekir. Enine koordinatı gösterelim ve karşılaştıralım ve ile. Göreli olarak doğru hareket denklemini kullanarak, zaman içinde parçacığımızın aşağıdaki ifadeyle verilen sistemde enine momentum kazanmasını bekliyoruz:

Sistemde enine momentum şuna eşit olacaktır:

Figür. 13.12. Sistemde yük yoğunluğu sıfır, akım yoğunluğu ise eşittir. Yalnızca manyetik alan vardır. Sistemde yük yoğunluğu eşittir ve akım yoğunluğu ise eşittir. Buradaki manyetik alan eşittir ve bir elektrik alanı vardır.

Karşılık gelen zaman aralıkları için ve'yi elbette karşılaştırmalıyız ve . Ch'de. 15 (sayı 2)'de hareketli bir parçacıkla ilgili zaman aralıklarının, parçacığın dinlenme çerçevesindeki aralıklardan daha uzun göründüğünü gördük. Parçacığımız başlangıçta sistemde hareketsiz olduğundan, küçük parçacıklar için bunu bekliyoruz.

ve her şey harika çıkıyor. (13.31) ve (13.32)'ye göre,

ve (13.30) ile (13.33)'ü birleştirirsek bu oran bire eşit olur.

Böylece, telin yanında uçan bir parçacığın hareketini telin geri kalan çerçevesinde veya parçacığın geri kalan çerçevesinde analiz etmemize bakılmaksızın aynı sonucu elde ettiğimiz ortaya çıktı. İlk durumda kuvvet tamamen “manyetikti”, ikincisinde ise tamamen “elektrikti”. Her iki gözlem yöntemi de Şekil 2'de gösterilmektedir. 13.12 (ikinci sistemde de bir manyetik alan olmasına rağmen, sabit parçacığı etkilemez).

Başka bir koordinat sistemi seçmiş olsaydık, farklı alan karışımları ve . Elektrik ve manyetik kuvvetler bir bütünün parçasıdır fiziksel olay- parçacıkların elektromanyetik etkileşimi. Bu etkileşimin elektrik ve manyetik parçalara bölünmesi büyük ölçüde etkileşimi tanımladığımız referans çerçevesine bağlıdır. Ama tamamlandı elektromanyetik açıklama değişmez; elektrik ve manyetizma birlikte ele alındığında Einstein'ın keşfettiği görelilik ilkesiyle tutarlıdır." Sistemde şarj noktasında ve formül (13.1) alanların kaynağı veya hareket etmesi halinde değişmeyecektir (hareket sonucunda değerleri ve değerleri değişecektir). Matematiksel açıklamamız yalnızca eylemsiz bir referans çerçevesinde alınan ve fonksiyonları olarak alanlara uygulanır.

Daha sonra ışık dalgası gibi “uzayda yayılan bir elektrik ve manyetik alan dalgasından” bahsedeceğiz. Ama bu, bir ip boyunca ilerleyen bir dalgadan bahsetmeye benziyor. Halatın herhangi bir kısmının dalga yönünde hareket etmesini kastetmiyoruz, ipin yer değiştirmesinin önce bir yerde sonra başka bir yerde ortaya çıkmasını kastediyoruz. Benzer şekilde elektromanyetik dalga için de dalganın kendisi yayılır ve alanların büyüklüğü değişir.

Dolayısıyla gelecekte biz veya herhangi biri "hareketli" bir alandan bahsettiğimizde, sadece kısa ve uzun bir alandan bahsettiğimizi anlamalısınız. uygun yol Belirli koşullar altında değişen bir alanın tanımları.

Gerçekten mi, klasik formül Lorentz kuvveti iki terime ayrılır: Birincisi bu kuvvetin elektriksel kısmını, ikincisi ise manyetik kısmını belirler. Yalnızca hareketli bir yük manyetik etki gösterdiğinden, bu yükün sabit olacağı ISO'ya geçerken cihazlar manyetik * eylemi algılamayacaktır. Ancak bu durumda maddenin ortadan kaybolması (ya da ortaya çıkması) meydana gelmez: hiçbir ISO'da hem elektriksel hem de elektriksel etkileri aynı anda ortadan kaldırmak mümkün değildir. manyetik etki Gerçek şu ki, tek bir elektromanyetik alan vardır, ancak tarihsel olarak, çeşitli tezahürlerinin (gözlem koşullarına bağlı olarak, ISO seçimine bağlı olarak) bağımsız isimler alacağı şekilde gelişmiştir: elektriksel etki (bu durumda elektromanyetik alana elektrik denir) , manyetik etki (bu durumda, elektromanyetik alana manyetik denir). Hakkında aslında sabit veya statik alanlarla ilgilidir. Bu durumda Maxwell denklemleri, bazıları elektromanyetik alanın elektriksel tezahürlerini, diğerleri ise manyetik olanları tanımlayan iki denklem grubuna ayrılır. Durağan olmayan durumda, böyle bir ayırma artık mümkün değildir ve elektrik (manyetik) alanın zamanındaki herhangi bir değişiklikle birlikte, manyetik (elektrik) alanın girdapları uyarılır. Böyle birbirine bağlı bir süreç uzayda elektromanyetik dalgalar şeklinde yayılabilir. Ve herhangi bir ISO'da tek bir elektromanyetik alanı tek bir maddi ortam olarak tespit etmek mümkün olacaktır.

Bütün bunlar, prensip olarak, SRT'nin yaratılmasından önce biliniyordu (elektromanyetik alanın madde türlerinden biri olarak görülmemesi dışında, ancak özel koşul elektromanyetik eter). Önceki formüllerle karşılaştırıldığında SRT sonuçları arasındaki temel fark göreli fizikçeşitli oluşur analitik ifadeler elektromanyetik alanın özelliklerini dönüştürmek

Tek bir elektromanyetik alanı elektrik ve manyetik olarak bölmenin göreliliğini göstermek için aşağıdaki problemi göz önünde bulundurun: bir iletkenden doğru akım akar, bu akımın alanını her birini birbirine bağlayan iki ISO "İletken" ve "Elektron" temelinde düşünün. karşılık gelen nesneyle

ISO "Gezgin"de kristal hücreİletken sabittir ancak iletim elektronları belirli bir hızda hareket eder. Bir iletken içinden doğru akım aktığı için, iletkene "giren" elektronların sayısı "dışarı çıkan" elektronların sayısıyla aynıdır, bu da tanımdan çıkar. doğru akım. Bu nedenle devre kapatılmadan önce ve sonra iletken bir bütün olarak nötr hale gelir. Matematiksel olarak bu şu şekilde yazılabilir: veya belirli bir ISO'da oluşan kristal kafesin pozitif yüklerinin ve elektronların hacim yoğunlukları nerede? elektrik yoğunlukla ve (-) işareti elektron yükünün işaretini dikkate alır, N - kütle yoğunluğu elektronlar, sen– yönsel hareketlerinin hızı.

ISO “Elektron”da iletim elektronları sabittir ancak kristal kafes (-) hızında hareket eder. sen) . Bu ISO'da hem pozitif hem de negatif yüklerin hacim yoğunluğu aşağıdaki formüllere göre değişecektir *:

nerede, çünkü pozitif iyonlar ISO "Explorer"da hareketsizdirler.

Sırasıyla,

sıfırdan büyük olan ISO “Elektron”daki iletken, pozitif yük. Ve eğer ISO "İletken"de iletkenin etrafında aletler kullanılarak (yani objektif olarak) bir manyetik alan tespit edilebiliyorsa, o zaman ISO "Elektron"da aletler hem elektrik alanını (yüklü bir iletkenden) hem de manyetik alanı tespit edecektir ( bu ISO'daki kafes iyonlarının hareketi ile ilişkili akımdan).

Her iki ISO'da da tek bir elektromanyetik alan bulunduğunu bir kez daha belirtelim. Ancak ISO'yu, yani bunu gözlemleme koşullarını seçerek maddi nesne, ondan öğreniyoruz farklı tezahürler, farklı özellikler.

Bir ISO'dan diğerine geçerken, yalnızca büyüklük değil, aynı zamanda akım yoğunluğu da değişir ve yüklerin ve akımların bu özellikleri, elektromanyetik alanın özellikleriyle, vektörleriyle ve bunların göreceli doğasını gösteren doğrudan ilişkilidir. miktarları.

Nerede v – hız bağıl hareket iki ISO.

Yukarıdaki formüllerden, eğer bir ISO'da yalnızca bir elektrik alanı varsa, o zaman diğer ISO'da yalnızca bir elektrik değil, aynı zamanda bir manyetik alanın da tespit edildiği anlaşılmaktadır.

Tek bir elektromanyetik alanın elektrik ve manyetik olarak bölünmesinin göreceli olduğuna bir kez daha ikna olduk.

* Yakın zamana kadar yalnızca manyetik alanın göreceli bir nesne olduğuna inanılıyordu. Bu elbette fizik tarihi ve A. Einstein'ın görelilik ilkesi konusundaki bilgisizlikten kaynaklanıyordu. Göreli bir nesne tek bir elektromanyetik alandır ve seçilen referans çerçevesinde (elektrikli veya manyetik eylem) yalnızca manyetik alanı göreli olarak ve elektrik alanını göreli olmayan olarak değerlendirmemize izin vermez.

* Okuyucu, kullanılan formüllerin türetilmesini yazarın POIPKRO, 1995, s. 85'te yayınlanan “Özel Görelilik Teorisi” adlı kitabında bulacaktır.

Dönüşüm ve görelilik yasaları

Elektromanyetik alan, herhangi bir parçacık sisteminden farklıdır; fiziksel sistem sonsuzdur Büyük bir sayıözgürlük derecesi. Bu özellik alanın belirli bir durumuyla ilişkilidir. Aslında alanın var olduğu bölgede, bağımsız bileşenlerin değerleri sonsuz sayıda nicelik oluşturur, çünkü uzayın herhangi bir bölgesi sonsuz miktarda içerir. Büyük sayı puan.

Elektrik ve manyetik alanlar çeşitli belirtiler Bekar elektromanyetik alan, bu aynı zamanda süperpozisyon ilkesine de uyar. Elektromanyetik alanın bir elektrik alanına ve bir manyetik alana bölünmesi, referans sisteminin seçimine bağlı olduğundan doğası gereği görecelidir.

Örneğin, bir yük eylemsiz referans çerçevesi S'de sabit v hızıyla veya hareket ederken hareket eder. özdeş masraflar sabit bir hızla birbirlerine doğru v. Bu referans çerçevesinde bu yükün hem elektrik hem de manyetik alanları gözlemlenir, ancak zamanla değişir. Yükle birlikte hareket eden başka bir eylemsiz referans çerçevesi S *'ye geçerken, yük içinde hareketsiz olduğundan yalnızca bir elektrik alanı gözlemlenir. S - referans çerçevesinde sabit, homojen olmayan bir manyetik alan varsa (örneğin, bir at nalı mıknatısı), o zaman S - çerçevesine göre hareket eden S * - çerçevesinde, alternatif elektrik ve manyetik alanlar gözlenir.

Elektrik ve manyetik alanlar arasındaki ilişkiler farklı referans sistemlerinde aynı değildir.

Deneyler, herhangi bir parçacığın yükünün değişmez olduğunu, yani parçacığın hızına ve eylemsiz referans çerçevesi seçimine bağlı olmadığını göstermektedir. Gauss teoremi

yalnızca durgun yükler için değil, aynı zamanda hareketli olanlar için de geçerlidir; yani eylemsiz referans sistemlerine göre değişmezdir.

Bir eylemsiz referans sisteminden diğerine geçerken elektrik ve manyetik alanlar dönüşür. İki eylemsiz referans sistemi olsun: S ve ona göre S* hızıyla hareket eden bir sistem. S sisteminin bazı uzay-zamansal noktasında A alanlarının değerleri biliniyorsa, o zaman S * sisteminin aynı uzay-zamansal noktası A'da bu alanların * ve * değerleri ne olacaktır? Uzay-zaman noktası A, her iki referans sistemindeki koordinatları ve zamanı Lorentz dönüşümleri ile birbirine bağlanan bir noktadır;

Bu alanların özel görelilik teorisine göre dönüşüm yasaları aşağıdaki dört formülle ifade edilir:

Semboller || ve ^ elektrik ve manyetik alanların boyuna ve enine (vektöre göre) bileşenleri işaretlenmiştir; c, ışığın boşluktaki hızıdır;

Denklemlerden, * ve * vektörlerinin her birinin hem baştan sona hem de baştan sona ifade edildiği açıktır; bu, elektrik ve manyetik alanların birleşik doğasını gösterir.

Örneğin, serbestçe hareket eden göreceli bir yükün E vektörünün kuvvet modülü aşağıdaki formülle tanımlanır:

burada a, yarıçap vektörü ile hız vektörü arasındaki açıdır.

Eğitim sitemize hoş geldiniz ve eğitim kaynağıİnternet sitesi! Amacımız okul ve üniversite öğrencilerinin sorularına en kısa ve bilgilendirici yanıtı almalarını sağlamaktır. bilimsel soru. Bunun için kullanıyoruz çeşitli metodlar Materyalin sunumu: sanatsal, gazetecilik ve bilimsel formlar. Umarız bizim öğretim materyallerişu veya bu soruyu çözmenize yardımcı olacaktır. Sitede her şeyi bulabilirsiniz: dersler, kısa notlar, notlar, özetler ve seminerler. İyi şanslar!

Elektrik ve manyetik alanların göreliliği

Maxwell her şeyi denklem diline çevirdi bilinen gerçekler ve elektrikle ilgili hükümler ve manyetik olaylar. Elektrik ve manyetik alanlara ilişkin bu denklem sistemine bugün "Maxwell denklemleri" adı verilmektedir. Bu denklemleri bir tablo halinde sözlü olarak açıklayalım.

1. Bir eylemsiz sistemden diğerine geçiş sırasında elektrik ve manyetik alanlar birbirine dönüşür. Alanın elektrik ve manyetik olarak bölünmesinin oldukça göreceli olduğunu ve referans sistemine bağlı olduğunu söyleyebiliriz.

2. Bir referans sisteminin seçimi, alanın varlığının bağlı olduğu öznel bir eylemdir.

Elektromanyetik alan - işte bu Nesnel gerçeklik deneyi yapıp yapmadığımıza ve hangi referans çerçevesinde yapıp yapmadığımıza bakılmaksızın mevcuttur. Bu nedenle elektromanyetik alan, elektrik ve manyetik alanların bir “kümesi” olarak düşünülemez. Elektrik ve manyetik alanlar tek bir bütünün (elektromanyetik alanın) farklı koşullar altında ortaya çıkmasıdır.