Пусть для начала никакого тока но проводнику не течет. Важное свойство всех окружающих нас тел, в том числе и проводников, состоит в том, что в обычных условиях они, как говорят, электрически нейтральны. Это значит, что количество положительных зарядов равно количеству электронов и уже с очень небольших, порядка нескольких микрон, расстояний от проводника никаких зарядов в этом проводнике обнаружить не удается. Положительные заряда ядер компенсируются отрицательными зарядами электронов.
Если проводник длинный, то лучше говорить не о полном количестве электронов и атомных ядер, оно, очевидно, зависит не от длины проводника, а от количества тех и других, приходящихся на единнау длины проводника, скажем на 1 см. От этого, правда, ничего не изменится. Количество положительных зарядов, приходящихся на 1 си длины проводника — эту величину называют плотностью положительного электрического заряда,— равно количеству электронов, приходящихся на 1 см длины проводняха — плотности отрицательных зарядов. Сумма этих плотностей равна нулю, если, конечно, при сложении плотность отрицательных зарядов брать со знаком минус.
Если вы стоите «а некотором расстоянии от проводника, то для вас он полностью электрически нейтральный. Нейтрален каждый его отдельный сантиметр, нейтоальны они все, вместе взятые. Не существует такого опыта, даже мысленного, с помощью которого вы могли бы обнаружить отдельные электрические заряды в проводнике.
Пусть теперь по проводнику течет ток. Положительные заряды ядер остаются неподвижными, а электроны движутся с некоторой заданной скоростью, зависящей в данном случае от силы тока. Изменится ли что-нибудь для наблюдателя, находящегося на некотором расстоянии от проводника? Легко сообразить, что ничего не изменится. Здесь полная аналогия с потоком воды в замкнутом желобе. В отрезок проводника длиной 1 см поступает ровно столько электронов, сколько его покидает. Количество электронов, находящихся в пределах этого сантиметра, остается постоянным независимо от того, течет ток или нет, и равным количеству положительных зарядов. Проводник с током представляется неподвижному наблюдателю таким же электрически нейтральным, как и проводник, по которому ток не течет.
Если поблизости от проводника с током разместить неподвижный относительно проводника электрический заряд, неважно, положительный или отрицательный, он тоже «не почувствует» никаких зарядов в проводнике. Для такого электрического заряда проводник как бы отсутствует: есть он, нет его — никакой разницы. '.Представьте себе, наконец, что вы перемещаетесь относительно проводника с током. Скажем для простоты, что вы двигаетесь в ту же сторону, что и электроны, и с той же скоростью. Вы видите неподвижные электроны и положительные заряды, которые для вас теперь перемещаются в сторону, противоположную вашему движению. Изменилось ли что-нибудь? Для электронов ничего ие изменилось — они неподвижны. А для положительных зарядов изменилось многое. То, что в случае неподвижного проводника было I см, теперь стало короче, скажем 8 мм. Согласно законам специальной теории относительности движущиеся линейки становятся короче. Наоборот, в том, что вам представляется сантиметром -(ведь вы не обязаны знать, перемещаетесь вы относительно проводника или нет), на самом деле укладывается более длинный отрезок проводника, скажем 12 мм. Но в более длинном отрезке проводника помещается больше положительных зарядов. И вот вывод: в вашем сантиметре, т.е. в том, что представляется вам сантиметром длины проводника, электронов укладывается столько же, что и в том случае, когда вы были относительно проводника неподвижными, а положительных зарядов больше.
Когда вы двигаетесь относительно проводника с током, он представляется вам заряженным положительно. То же самое «чувствует» электрический заряд. Если он движется относительно проводника с током, то для него проводник представляется заряженным, а значит, окруженным электрическим полем. Заряд реагирует на это поле. Например, если заряд отрицательный и движется в ту же сторону, что и электроны в проводнике, он притягивается к проводнику.
Все сказанное справедливо и для положительных зарядов, если бы они имели возможность двигаться. Это наблюдалось на опытах уже давным-давно. Если два проводника расположены параллельно друг другу и электрические токи по ним текут в одинаковых направлениях, то такие проводники притягиваются. Наоборот, если токи в параллельных проводниках текут в противоположных направлениях, то такие проводники отталкиваются.