Номер 59.19, страница 211 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 59. Магнитное поле проводника с током. Глава 8. Магнитные и электромагнитные явления - номер 59.19, страница 211.

59.19 [н] Представьте, что мы зарядили очень длинную палочку из диэлектрика и с большой скоростью перемещаемся вдоль неё. Будет ли у нас возможность обнаружить магнитное поле заряженной палочки?

Решение

Данный вопрос связан с фундаментальным принципом теории относительности, который гласит, что физические явления зависят от системы отсчета наблюдателя. Рассмотрим ситуацию с двух точек зрения.

1. Система отсчета, связанная с палочкой. В этой системе отсчета заряженная палочка неподвижна. Неподвижные электрические заряды создают вокруг себя только постоянное во времени электрическое (электростатическое) поле. Поскольку заряды не движутся, электрический ток отсутствует, и, следовательно, магнитное поле не возникает. Для наблюдателя, покоящегося рядом с палочкой, магнитного поля нет.

2. Система отсчета, связанная с нами (движущимся наблюдателем). В нашей системе отсчета мы покоимся, а заряженная палочка движется мимо нас с большой скоростью $v$. Движение зарядов представляет собой электрический ток. Если палочка заряжена с линейной плотностью заряда $\lambda$ (заряд на единицу длины), то ее движение эквивалентно току $I$, текущему вдоль оси палочки. Этот ток можно выразить как $I = \lambda v$.

Согласно закону Био-Савара-Лапласа (или теореме Ампера), любой электрический ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. Для длинного прямолинейного проводника с током $I$ величина магнитной индукции $B$ на расстоянии $r$ от него определяется формулой: $B = \frac{\mu_0 I}{2 \pi r}$ где $\mu_0$ — магнитная постоянная.

Таким образом, перемещаясь вдоль заряженной палочки, мы будем находиться в магнитном поле, созданном этой же палочкой, так как с нашей точки зрения она является источником тока. Линии этого магнитного поля будут представлять собой окружности, центры которых лежат на палочке, а плоскости перпендикулярны ей.

Этот пример иллюстрирует, что электрическое и магнитное поля являются разными проявлениями единого электромагнитного поля. То, что в одной инерциальной системе отсчета является чисто электрическим полем, в другой, движущейся относительно первой, будет восприниматься как комбинация электрического и магнитного полей.

Ответ: Да, у нас будет возможность обнаружить магнитное поле заряженной палочки. Относительно движущегося наблюдателя заряженная палочка представляет собой электрический ток, который, в свою очередь, порождает вокруг себя магнитное поле.