Скалярное магнитное поле – продольный эффект Холла

 (реферат)

 

В официальной электродинамике закон электромагнитной индукции Фарадея-Максвелла определяет зависимость ЭДС от изменения магнитного поля. Векторного магнитного поля, которое только и рассматривается на страницах учебников и, практически, во всех научных трудах этой дисциплины. Однако существует и, так называемое, скалярное магнитное поле, которое тоже при определённых условиях может возбуждать в проводниках электрические токи [1].

 

ЭМС – электромагнитная система.

СМП – скалярное электромагнитное поле.

 

1. Как вознкают продольные магнитные силы

 

1.1. Внешнего СМП нет

Представим себе электрический ток в проводнике при отсутствии внешних магнитных полей. Внешнее электрическое поле Е действует на электроны и ионы проводиика с равными и противоположно направленными силами F- и F+. Электроны под действием поля приходят в движение относительно проводника и создают электрический ток, взаимодействуя при этом с ионами и передавая им свой импульс. Силовое воздействие на кристаллическую решетку со стороны поля Е уравновешивется. Движение самих электронов при этом можно считать равномерным.

Таким образом, проводник с током в целом в отсутствие внешних магнитных полей не испытывает силового воздействия и остается в покое. За счет инерции электронов можно, конечно, создать продольную силу при переменном токе или, наоборот, возбудить ток в проводнике при его неравномерном движении. Но эти эффекты малы (см. опыты Толмена [2]) и не проявляются при постоянном токе или равномерном движении проводника.

 

1.2. Образование продольной силы во внешнем СМП

Рассмотрим прямолинейный участок проводника MN, по которому течет исходный постоянный ток с плотностью j0. Пусть только на этом участке действует стационарное однородное СМП положительного знака  (+B*), Рис. 1.1.

Рис.1.1

Это, конечно, идеализация, т.к. СМП обычно неоднородно, а его границы нечётки. Выделенный участок токонесущего проводника создает собственное СМП Нс* и представляет собой градиентную магнитостатическую структуру, на которую действует продольная сила Николаева. На движущиеся электроны (в отличие от неподвижных ионов) кроме электрической силы F-  действует тормозящая сила F*. Импульс электрона за счет этой силы уменьшается, при этом силовое воздействие на каждый ион полностью не компенсируется – возникает продольная сила, направленная по току, Рис. 1.2.

Рис. 1.2

Если продольная подвижность проводника обеспечена, он начинает двигаться в направлении тока.

Речь шла лишь о взаимодействии отдельных электронов с СМП. Но если требуется определить силовое воздействие на участок проводника или контур в целом, то следует рассматривать уже все электроны вместе, как единую градиентную структуру, движущуюся в пределах действия СМП.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим жесткий замкнутый круговой контур с током, полностью помещенный в однородное стационарное СМП, созданное тороидом, ось которого совпадает с осью контура, Рис. 1.3.

Рис. 1.3

При этом СМП, индуцированное тороидом на линии расположения контура, является однородным. Из приведенных соображений (оперируя силовым воздействием СМП на каждый отдельный электрон) можно ошибочно заключить, что возникнет пара сил Николаева, приводящая контур во вращательное движение в своей плоскости. Однако надо рассматривать не каждый электрон в отдельности, а комплекс электронов, движущихся по контуру и образующих

замкнутый ток. Такой ток не является градиентной структурой, а, значит, продольные силы не возникают.

 

2. Закон сохранения кинетического момента ЭМС

    

Пусть ЭМС состоит из контура с током и индуктора СМП. Для этой системы все электромеханические силы (Ампера и Николаева) являются внутренними. В предложенном примере силы Николаева на контур не действуют, следовательно, отсутствует и вращающий момент. Контур с током создает векторное магнитное поле, которое пронизывает тороидальный индуктор. Поскольку имеется полная круговая симметрия в распределении этого поля и в расположении токов, текущих в обмотке тороида, нетрудно показать, что момент сил, приложенных к тороиду относительно его оси, тоже равен нулю. Следовательно, закон сохранения кинетического момента выполняется.

Невозможно создать пару сил Николаева, приводящую во вращение замкнутый контур с единым током в однородном СМП. Однако если СМП неоднородно или действует в пределах ограниченного участка контура (см. Рис. 1.1), то сила Николаева создается и способна вызвать движение контура или его частей. В этом случае индуктор СМП так же испытывает действие электромагнитной силы. Сумма моментов внутренних электромагнитных сил в системе в целом при этом относительно любого центра равна нулю.

 

3. Продольный эффект Холла

 

Действие продольной силы F* на участке MN (Рис. 1.1) эквивалентно возникновению на нем ЭДС, противодействующей исходному току, что приводит к уменьшению результирующего тока в цепи. Это явление можно назвать продольным эффектом Холла. Эффект мал и пока  экспериментально не подтверждён.

В отрицательном СМП (-B*), наоборот, на комплекс электронов в пределах участка MN действует ускоряющая сила Николаева, Рис. 1.4.

Рис. 1.4

 

Силовое воздействие на ионы в этом случае больше в направлении движения электронов, т.е. против тока, поэтому на проводник в целом действует продольная сила, направленная против тока (Рис. 1.4). В этом случае ток, текущий в цепи, несколько возрастает.

 

 

Источники информации

1. Томилин А.К. Основы обобщенной электродинамики. – 2009. - 129 с. ил.

2. Тамм И.Е. Основы теории электричества. – М. «Наука», 1976.- 616 с.

                                                                                           ПГ. Басков, 03.05.2015

 

 

 

 

 

 

03.05.15, C:\Documents and Settings\Sheferad1\Мои документы\1_Все отрасли знания\1_наука и техника\1_физика\1_электродинамика\1_Мои статьи\черновики моих статей\28_Моя ст_Безвихр электром индукц\28_Моя ст_Продольный эфф Холла_CompTech .doc