Соленоид с током: насколько прост этот пример из школьной программы? Мой комментарий
В своём блоге уважаемый gershshpraihler разбирается в вопросе, почему магнитное поле, созданное постоянным током, текущим в соленоиде, стремится к нулю вне соленоида, когда длина его стремится к бесконечности? Попробуем и мы в этом поучаствовать.
Говоря на школьном языке, КОЛИЧЕСТВО СИЛОВЫХ ЛИНИЙ магнитного поля внутри соленоида, представленное на рисунке, НЕ УМЕНЬШАЕТСЯ за его пределами, поскольку все линии должны быть ЗАМКНУТЫ. Но может измениться их ДЛИНА, если мы будем растягивать соленоид. А с изменением длины может измениться и ВЕЛИЧИНА МАГНИТНОГО ПОЛЯ. Именно так, как меняется магнитное поле обратно пропорционально длине круговой силовой линии для линейного проводника с током, что тоже известно из школьного учебника.
Магнитное поле за пределами соленоида не будет уменьшается, если только его витки не меняют свою плотность по мере удлинения цилиндра и ток в каждом витке остаётся прежним. То есть, будет так, как будто участок соленоида, представленный на рисунке, просто повторяет себя вправо и влево сколь угодно далеко. Но если число витков и величина тока заданы, а расстояние между ними увеличивается, то длина каждой силовой линии увеличивается и величина магнитного поля в ней, соответственно, падает. Это аналогично тому, как если бы мы удалялись от соленоида.
Такого рода эффекты, связанные с круговыми потоками, наблюдаются и в движении волн под действие ветра - там складываются вращательные движения элементов жидкости внутри волны. Так возникает параболический профиль скорости ламинарного течения воды в круглой трубе, не зависящий от её длины, хотя вращательное движение там не рассматривается (а оно существует из-за наличия трения в воде, но нивелируется в силу взаимного уничтожения). Так получается нулевое электростатическое поле внутри металлической оболочки, хотя там никакие вращательные движения - круговые потоки магнитного поля не рассматриваются. И кулоновское поле вдали от заряда зависит от расстояния как 1/r подобно кривизне цилиндра, а совсем не 1/r², которой следует кривизна шара. Или вот краевые токи в топологических изоляторах, о которых много пишут в научной и научно-популярной литературе. Правда, там происходят круговые движения электронов в постоянном магнитном поле, и связаны они с проявлением эффекта Холла. И так далее - можно вспомнить ещё примеры, известные и не очень, странные и даже парадоксальные в своих проявлениях. Физика интересна и таит в себе ещё много тайн.
Мы знаем, что объяснение многих физических эффектов и представленного здесь - тоже основано на выполнении тех или иных законов сохранения. Мне нравится все известные законы сохранения сводить к закону сохранения полного числа квантов действия в системе, как это было представлено в недавнем посте. Но если хочется простого и конкретного объяснения, то школьное объяснение свойств линейного проводника с током тоже годится.
Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий