Всюду поперек
Любой электрический заряд, движущийся в пространстве, вызывает появление в этом пространстве еще одного поля — магнитного. Странное это поле! Электрическое поле можно обнаружить всегда, когда в него вносят электрический заряд, а магнитному полю одного заряда мало. Как обнаружить наличие магнитного поля? Нужно, чтобы этот заряд (по-прежнему назовем его пробным) двигался с некоторой скоростью. С каждой точкой магнитного поля связывают векторную величину, называемую магнитной индукцией и равную по величине и направлению той силе, с которой магнитное поле действует на движущийся единичный электрический заряд.
Представьте себе игрушечный кубик. Вот он перед вами, повернут к вам какой-то гранью, значит, видите вы, в общем-то, не кубик, а квадрат. Задержите внимание на левом нижнем углу квадрата. Применительно к кубику это вершина. Из нее отходят три ребра: одно — вправо, второе — вверх, а третье — назад. Так вот, если направление скорости заряда совпадает с ребром вправо, а направление векторной величины, называемой магнитной индукцией, совпадает с ребром назад, то направление силы, действующей на заряд, совпадает с ребром вверх. Так обстоит дело с направлениями этих трех векторных величин. Что касается силы, то она равна произведению трех величин: самого заряда, его скорости и магнитной индукции. Вы, конечно, помните, что за направление электрического тока принимается направление движения положительных электрических зарядов. Если ток образуется отрицательными зарядами, его направление противоположно направлению движения зарядов. То же самое справедливо и для магнитной индукции.
В электрическом поле его напряженность совпадает по направлению с силой, действующей на пробный заряд. В случае магнитного поля магнитная индукция перпендикулярна направлению действия силы. Так сложилось исторически — вектор магнитной индукции решено было направлять в ту сторону, куда отклонялась магнитная стрелка в опытах Эрстеда. Сейчас можно было бы придумать другое определение магнитной индукции, но это мало что дало бы, поскольку все равно сила, действующая на заряд, остается направленной перпендикулярно направлению движения заряда. Такое уж это интересное поле — магнитное: оно направлено всюду поперек.
Как образуется магнитное поле? От читателя потребуется сейчас пространственное воображение. Положите перед собой лист бумаги и в любом его месте поставьте карандашом точку. Пусть это будет точка, в которой надо определить магнитную индукцию. Представьте, что какой-то положительный электрический заряд движется вдоль вертикальной прямой линии снизу вверх. И пусть эта линия пройдет через лист бумаги в какой-то другой точке. Соедините карандашом эти две точки прямой линией, а из той точки, в которой определяется индукция, проведите вторую линию, перпендикулярную первой и направленную от вас. Это и есть направление магнитной индукции поля, порождаемого движущимся зарядом.
Что касается величины магнитной индукции, то она прямо пропорциональна величине заряда и его скорости и обратно пропорциональна квадрату расстояния от заряда до точки, в которой определяется индукция. Очень важно, что именно квадрату расстояния. Это роднит магнитную индукцию с напряженностью электрического поля. А в остальном, как видите, снова все повсюду «поперек». Чтобы быть совсем строгим, следует добавить, что пооизведение величины заряда и его скорости, поделенное на квадрат расстояния, нужно еще помножить на синус угла между направлением движения заряда и ^линией, соединяющей местоположение заряда с точкой, в которой определяется индукция.
Так что же такое магнитное поле? Коротко можно сказать, что это пространство, в котором обнаруживается взаимодействие двух движущихся электрических зарядов. Достаточно одному из них, любому, стать неподвижным, как магнитное взаимодействие между ними немедленно прекратится. И еще интересное свойство. Посмотрите на ваш лист бумаги и проведите на нем окружность произвольного радиуса с центром в точке, где траектория движущегося заряда проходит через лист. В какой бы точке этой окружности вы ни определили магнитную индукцию, она всегда направлена по кёсатёЛЬнОй; и, обойдя вокруг, вы вернетесь в ту же точку, откуда начали. Говорят, что линии магнитного поля не имеют источников в отличие от поля электрического, у которого все векторы напряженности в конечном итоге выходят из точки, где расположен заряд. Часто считают, что магнитные силовые линии Земли выходят из магнитных полюсов. Это неверно. Магнитные силовые линии пронизывают земной шар, а магнитные полюса — это лишь точки, через которые проходит наибольшее число линий. Что из этого следует? Не существует никаких магнитных зарядов, в том числе и одиночных пробных.