§2 Электромагнитное взаимодействие и его особенности

Наряду с гравитационными взаимодействиями в космическом пространстве и в земных условиях проявляются электро­магнитные взаимодействия:

1.Взаимодействие неподвижных заряженных частиц описывается законом Кулона и , где - сила, действующая на точечный заряд со стороны точечного заряда ; - радиус-вектор, соединяющий точечный заряд с зарядом , ; k – коэффициент пропорциональности; - сила, действующая на заряд со стороны заряда , ; .

2.Взаимодействие движущихся заряженных частиц. В частности, если два одноименных заряда и движутся в вакууме с одинаковыми скоростями , малыми по сравнению со скоростью света с в вакууме (<<с) и направленными перпендикулярно к соединяющей заряды прямой, то силы их магнитного взаимодействия являются силами притяжения и численно равны . Сила кулоновского отталкивания тех же зарядов . Так как , то отношение этих сил равно , т.е. >>, так как >>. Однако если заряды движутся в проводнике, который в целом электрически нейтрален, электрические силы оказываются скомпенсированными, так что остается только магнитное взаимодействие. Этим объясняется магнитное взаимодействие проводников с током. Хотя сила магнитного взаимодействия каждой пары электронов в двух параллельных проводниках с токами мала, число этих пар столь велико, что сила магнитного взаимодействия проводников оказывается заметной величиной.

Экспериментально было установлено, что сила взаимодействия, приходящаяся на единицу длины каждого из параллельных проводников, пропорциональна величинам токов в них I₁ и I₂ и обратно пропорциональна расстоянию r между ними: , где - элемент длины проводника с током, - коэффициент пропорциональности. В системе СИ , где - относительная магнитная проницаемость среды; - магнитная проницаемость вакуума или магнитная постоянная. - абсолютная магнитная проницаемость среды. .

Посредником электромагнитного взаимодействия является электромагнитное поле, частным проявлением которого являются электростатическое, стационарное электрическое, вихревое электрическое, стационарное магнитное и вихревое магнитное поля.

На движущуюся электрически заряженную частицу электромагнитное поле действует с силой, определяемой по формуле .

При контактах макроскопических тел заряды одного тела оказываются вблизи от зарядов другого, что вызывает появление электромагнитных сил, известных как силы упругости, силы тре­ния, сопротивления среды. Макроскопические свойства (механи­ческие, тепловые и оптические) и характеристики тел также свя­заны с электромагнитными взаимодействиями, но уже на атомно-молекулярном уровне.

В микромире, в области с 10^-8 до 10^-15м, решающую роль, играют электромагнитные взаимодействия, так как гравитацион­ные оказываются по сравнению с ними исчезающе малыми (нейтрализация зарядов здесь не имеет места). Особенно важно, что электромагнитные взаимодействия приводят к связанным состояниям элементарных частиц и их систем. Именно они объ­единяют ядра и электроны в атомы, молекулы, кристаллы. Вместе с тем они же ионизируют атомы, приводят к распаду ядер и т. п. Процессы перестройки в системах заряженных частиц, вызван­ные электромагнитными взаимодействиями, ведут к поглощению и излучению квантов электромагнитного поля. Круг явлений, вызываемых электромагнитными взаимодействиями в указанном диапазоне, чрезвычайно широк — в конечном счете все хими­ческие реакции и биологические процессы обусловлены ими.

Электромагнитные взаимодействия характерны и для следую­щей пространственной области, т. е. меньшей 10^-15 м, однако здесь они могут подавляться более интенсивными сильными взаимодействиями (для адронов).

Переносчик электромагнитного взаимодействия есть квант электромагнитного поля -γ-квант. Элементарный акт взаимо­действия состоит в его поглощении или испускании в точке про­странства в миг времени.

Вопросы для самоконтроля:

1.Какое взаимодействие описывается законом Кулона?

2.По какой формуле определяется сила электромагнитного взаимодействия между движущимися заряженными частицами?

3. По какой формуле определяется сила электромагнитного взаимодействия между двумя параллельными проводниками с электрическим током?

4.Какие силы в механике являются силами электромагнитной природы?

5.Какие частицы являются переносчиком электромагнитного взаимодействия?

6. По какой особенности отличаются электрическое и гравитационное взаимодействия частиц?

7. По какой формуле определяется потенциальная энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных заряженных частиц?