Магнитно поле, създадено от проводник, по който тече ток

Не само, че едно магнитно поле може да упражни сила върху движещ се заряд – сега ще научим, че и движещ се заряд или ток всъщност може да генерира магнитно поле. Тук има един вид симетрия. И както ще разберем по-късно, след като си научим математиката и говорим за всичко това по-подробно, ще видим, че магнитните и електрическите полета всъщност са двете страни на една и съща монета – на електромагнитните полета. Но при всички случаи няма нужда да мислим за това сега. А и мисля, че засега е достатъчно да помислим за това, че протичащ електрически ток може да създаде магнитно поле. Всъщност дори движещ се електрон генерира магнитно поле. И го генерира в сферична повърхност – но няма да се задълбочавам сега. Защото тук математиката става малко шантава. Но това, с което може да се сблъскаш в стандартните гимназиални часове по физика, без до говорим много за сметки с вектори, е това, че ако имаме проводник… Нека нарисувам проводника. Това е моят проводник. По него тече ток I. Оказва се, че проводникът ще генерира магнитно поле. И това магнитно поле ще бъде във формата на концентрични кръгове около проводника. Да видим дали мога да ги нарисувам. Ще ги нарисувам по същия начин като при въртенето на твърди частици в клипа с математически анализ. Магнитното поле отива отзад и отпред и изглежда ето така. Можеш да разглеждаш полето и по друг начин – все едно това е лявата страна на проводника. Ако кажем, че проводникът е в равнината на този екран, магнитното поле излиза от екрана. А пък от дясната страна, магнитното поле влиза навътре в екрана. Така, навътре в екрана. Можеш да си го представиш, нали? На този чертеж можеш да си представиш, че тук полето се пресича с екрана. А всичко това е зад екрана. И всичко това е пред екрана. И ето къде излиза навън. А пък тук влиза навътре в екрана. Надявам се, че разбираш това. А откъде разбрах, че се върти в тази посока? Следва от векторното произведение, когато разглеждаме обикновен заряд и т.н. Но да оставим това засега. Ето и още едно правило с дясната ръка, което можеш да използваш. Тук буквално държиш този проводник (или си представяш, че го държиш) с дясната си ръка, като палецът ти е по посока на тока. И като държиш проводника с палеца си в посока на тока, пръстите ти са в посоката на магнитното поле. Да видим как ще начертая това. Ще чертая в синьо. Ако това ми е палецът, той сочи към върха на проводника. После ръката ми се свива около проводника. Това са ставите на пръстите ми. А това са вените на ръката ми. Това ми е нокътът. Виждаш, че ако държа същия проводник – нека го начертая. Ако държа този проводник, виждаме, че палецът ми отива в посока на тока. Това е нещо ново, което трябва да запомниш. И какво прави магнитното поле? То отива в посока на пръстите ми. Пръстите ми излизат от тази страна на проводника. И после влизат (или поне ръката ми влиза) от тази страна. Влиза навътре в екрана. Надявам се, че това има смисъл. А сега, как да го определим количествено? Преди това нека видим логично какво се случва. Изглежда, че колкото по-близо сме до проводника, толкова по-силно е магнитното поле, и колкото повече се отдалечаваме, толкова по-слабо е полето. И това има логика, ако си представиш как магнитното поле се разпространява. Да не навлизаме в сложни аналогии. Но ако си представиш, че магнитното поле се разпръсква и отива все по-далеч, като се разпростира във все по-голям кръг. Всъщност, формулата, която ще ти дам, е свързана с това. Говоря за формулатa за магнитно поле. Тя се определя от неща като векторно произведение, но за нашите нужди това не е важно. Просто трябва да знаеш, че формата е такава, ако токът отива в тази посока. Разбира се, ако токът отиваше надолу, магнитното поле просто щеше да е в обратна посока. Но пак щеше да е във формата на концентрични кръгове около проводника. Но каква е големината на това поле? Силата на магнитното поле е равна на мю, това е гръцка буква, ще обясня след секунда, умножено по тока, и разделено на 2 пъти пи r. Това е свързано с това, за което говорих преди малко. Ако r е разстоянието до проводника, колкото по-далеч отиваме, или колкото по-голямо става r, толкова по-слабо става магнитното поле. Доколкото до 2 по пи по r, това силно напомня дължината на окръжност. Така че разбираш по нещичко. Знам, че не съм доказaл нищо с точност. Но поне виждаш логиката, виждаш тази малка част за дължината на окръжност. И това има логика, нали така? Защото магнитното поле в тази точка... това е един вид кръг. Силата е еднаква при един и същ радиус около проводника. А какво е това "мю" и този символ, който напомня "u"? Това е магнитната проницаемост на веществото, в което се намира проводника. Така, че магнитното поле ще има различна сила в зависимост от това дали този проводник минава през гума или през вакуум, въздух, метал, вода и т.н.т. В часовете по гимназиална физика приемаме, че се движи във въздух най-често. И стойността за въздух е близка до стойността за вакуум. И това се нарича магнитна проницаемост на вакуум. Но забравих каква точно беше стойността и… но мога да я намеря. Всъщност някои калкулатори знаят тази стойност. Нека решим една задача, за да включим няколко стойности във формулата. Да кажем, че имам този ток и той е равен на 2 ампера. Просто си измислям стойност – 2 ампера. И сега ще взема една точка, която, да кажем, е на 3 метра от въпросния проводник. Въпросът ми към е: каква е силата и посоката на магнитното поле? Силата се намира лесно. Просто заместваме в това уравнение. Така, силата на магнитното поле в тази точка е равна на... като допускаме, че проводникът е във въздух или вакуум... проницаемостта на свободно пространство, която изглежда забележително, но е просто константа, умножено по тока, умножено по 2 ампера, делено на 2 пъти пи r. А какъв е r? 3 метра. Така, 2 по пи по 3. Равно на проницаемостта на вакуума. Двете двойки се зачеркват, върху 3 по пи. Как пресмятаме това? Използваме верния си калкулатор ТИ-85. Мисля, че ще е приятна изненада, или може би шок, да разбереш... ще изтрия всичко, за да видиш как стигнах дотук, че калкулаторът съдържа стойността на проницаемостта на вакуума. Така, отиваме на втората функция и натискаме "константа", което е четвъртият бутон. Това са вградените константи. Да видим, няма я тук. Натискаме "други". Няма я тук, "други",… Ето я. Мю нулево – проницаемостта на вакуума. Това ми трябваше. И трябва да разделя на 3 по пи. Деля на 3 – и сега, къде ми е пи? Ето го. Върху знака за степен. Делено на 3 пи. Равно на 1,3 пъти по 10 на минус седма. Резултатът е в тесла. Силата на магнитното поле е равна на 1,3 по 10 на минус седма тесла. Така, че това е доста слабо магнитно поле. Затова и кабелите зад телевизорите не разхвърлят метални предмети из стаята! Сега се надявам, че разбираш връзката между тези неща. Казахме, че тези движещи се заряди не само се повлияват от магнитно поле, и че токът не само се повлиява от магнитно поле или от движещ се заряд – те сами произвеждат магнитно поле. Надявам се, че това вкарва малко симетрия в главата ви. Защото същото е вярно и за електричното поле. Един статичен заряд очевидно ще бъде избутан или издърпан от статично електрично поле. Но той също и ще създаде свое статично електрично поле. Винаги имай това предвид. Защото, ако продължиш да изучаваш физиката, ще разбереш, че електричните и магнитните полета са двете страни на една и съща монета. Това прилича на магнитно поле, когато приемем друга гледна точка. Когато нещо минава покрай нас с огромна скорост. Докато, ако и ние се движим с голяма скорост, ще ни изглежда статично. И тогава може би ще изглежда малко повече като електрично поле. Но както и да е, оставям те тук. И в следващия клип ще ти покажа какво се случва, когато имаме два успоредни проводника, по които протича ток. Може би се сещаш, че могат да се привличат или да се отблъскват. Довиждане до следващия клип.