Урок физики: причина появления магнитных полюсов

У меня есть друг, который занимается созданием новаторских безиндукционных электродвигателей, работающих на встречных магнитных потоках. Друг изучил, возможно, всю научную литературу по электромагнетизму, начиная со времён книгопечатания, и всё-равно у него есть вопросы по теории магнетизма, возникающего при движении по проводникам электрического потока.

Буквально вчера мы долго дискутировали с ним по телефону, но вопросы у него всё-равно остались. Исключительно только по этому я решил написать данную заметку под заголовком «Причина появления магнитных полюсов». Может быть, я смогу прояснить некоторые заблуждения, возникающие у многих людей, интересующихся физикой.

Отправной точкой в правильном понимании электромагнетизма я считаю открытие Ганса Христиана Эрстеда, сделанное в 1820 году. Датский учёный был уверен, что все силы в природе имеют единое первоначало, а потому, начиная с 1813 года он пытался установить заветную связь между электричеством и магнетизмом.

В 1820 году ходе лекции в Копенгагенском университете Эрстед демонстрировал своим студентам нагрев металлического проводника с помощью электричества, вырабатываемого Вольтовым столбом (первым химическим источником электричества). Сделать долгожданное открытие Эрстеду помог обычный компас, содержащий намагниченную стрелку, насаженную своей серединой на острие опорной иглы и потому способную легко поворачиваться при любом внешнем воздействии.

Итак, этот компас располагался на рабочем столе учёного, а проволока, которую Эрстед нагревал от Вольтова столба, была подвешена рядом и располагалась горизонтально. 

Когда Эрстед замыкал цепь, стрелка компаса реагировала отклонением в сторону провода с током. Когда он размыкал цепь, стрелка возвращалась в положение, которое задавало ей естественное магнитное поле нашей планеты.

Самый интересный опыт Эрстед проделал, когда расположил провод вертикально, как показано на этом рисунке:

Когда Эрстед расположил провод с током вертикально, было видно, что магнитная стрелка (он для ясности опыта обнёс её рукой вокруг провода) располагалась как бы по касательной к окружности, центром которой является проводник.

Это натолкнуло Эрстеда на идею о том, что действие проводника с током на магнитные стрелки носит ВИХРЕВОЙ ХАРАКТЕР, так как именно вихрям свойственно действовать в противоположных направлениях на двух концах одного диаметра.

Из опытов Эрстеда были сделаны следующие выводы:
— Электричество и магнетизм тесно связаны друг с другом.
— Электрический ток оказывает магнитное действие.
— Вокруг проводника с током возникают магнитные силы, или, говоря современным языком, возникает магнитное пространство (поле).
— Магнитное пространство вокруг проводника с током носит вихревой характер.

Опыт Эрстеда доказывал не только связь между электричеством и магнетизмом. Электрические и магнитные силы больше не рассматривались по отдельности, а были объединены так называемыми электромагнитными явлениями.

(Использован источник: https://lc.rt.ru/classbook/fiz... ).

Важно заметить, что в отличие от магнитной стрелки, у которой имеются «северный» и «южный» магнитные полюса, прямой провод с током порождает магнетизм, не имеющий магнитных полюсов!

А всё потому, что мы имеем вокруг прямого провода с током вихревое движение чего-то невидимого, но вполне себе материального, что обладает кинетической энергией и может совершать работу. (Замечу, что современная наука не любит на этом акцентировать внимание студентов, но я считаю своим долгом сделать это).

Забегая вперёд скажу, что между интенсивностью электрического тока I, протекающего по проводнику, и напряжённостью вихревого магнитного пространства Ф, возникающего вокруг этого проводника, имеется определённая пропорциональность (зависимость) L, причём она минимальная (условно говоря 50/50), если ток протекает по прямому проводнику, и она значительно повышается в сторону усиления напряжённости магнитного пространства, если проводник с током закручен в кольцо или он представляет собой многовитковую катушку (соленоид).

Учёные пишут: «Индуктивность (или коэффициент самоиндукции) L — коэффициент пропорциональности между электрическим током I, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и полным магнитным потоком Φ, называемым также потокосцеплением, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является данный контур. Зависит от формы проводников с током и магнитной проницаемости среды. Обозначается буквой L, в СИ измеряется в генри.»

Итак, прямой провод с током I создаёт вихревое магнитное пространство Ф, не имеющее магнитных полюсов, и коэффициент потокосцепления L между ними наинизший (условно 50/50), но свитый в виток проводник уже является тем элементарным магнитным диполем, который обладает ярко выраженными магнитными полюсами — южным и северным. При этом измерение с помощью приборов показывает, что индуктивность проволочного витка L значительно больше, чем индуктивность прямого провода той же длины.

Почему?

Ответ на этот вопрос я дам позже, но пока вот наглядное объяснение, почему при скручивании проволоки с током в виток появляются магнитные полюса:

О чём говорит этот рисунок, на котором вихревое магнитное поле (пространство) изображено с помощью магнитных силовых линий?

Меня лично этот рисунок убеждает в том, что вихревое магнитное поле есть движение чего-то невидимого, но вполне себе материального, что обладает кинетической энергией и может совершать работу. 

При сворачивании провода с током в кольцо создаваемое им вихревое магнитное пространство приобретает форму тора (бублика), и в срединной его части возникает однонаправленный магнитный поток, направление движения которого S — N и есть так называемые «магнитные полюса».

При смене направления электрического тока в проводнике меняется и направление магнитного потока через середину проволочного витка, то есть происходит смена магнитных полюсов.

Осталось выяснить, почему же индуктивность проволочного витка больше, чем индуктивность прямого провода той же длины?

Ответ, на мой взгляд, очевиден. Если вихревое магнитное поле на самом деле является вихревым, и что-то реально кружится и вокруг прямого провода с током, и вокруг проводника, свитого в виток или в многовитковую проволочную катушку, то как бы ни упирались наши академики, определяющие, что положено знать студентам и инженерам, а что не положено, нам надо для открытия новых горизонтов познания добавить к нашему представлению о «магнитном потоке» (официальный научный термин) не только представление о его плотности, которая определяется густотой магнитных силовых линий, но также и всё то остальное, что должно относиться к понятию "поток". А это и масса m чего-то того, из чего формируется магнитное пространство (поле), которая и аккумулирует в себе кинетическую энергию E магнитного поля, ну и, конечно же, скорость магнитного потока V.

Итак, почему индуктивность проволочного витка больше индуктивности прямого проводника той же длины? Ответ: исключительно потому, что в срединной части проволочного витка происходит увеличение плотности магнитного потока, и, возможно, его ускорение. По факту, измерительные приборы показывают, что при свивании прямого проводника с током в виток кинетическая энергия Е магнитного пространства увеличивается на заметную величину.

Если нам надо значительно сдвинуть коэффициент пропорциональности L в пользу получения большей напряжённости магнитного поля (пространства) Ф при той же интенсивности электрического тока I, то проводник свивается в многовитковую катушку — «соленоид».

Соленоид был изобретён в 1820 году Андре-Мари Ампером как раз для усиления магнитного действия проводника с током (явления, открытого Г.Х.Эрстедом в том же году). В 1822 году им экспериментально изучены магнитные свойства соленоида, тогда же был введён и термин «соленоид».

В средней части внутренней полости соленоида, длина которого значительно больше диаметра, магнитное поле направлено параллельно оси соленоида и однородно, причём его напряжённость (а теперь мы понимаем под этим плотность и скорость магнитного потока) пропорциональна силе тока и (приближённо) числу витков.

Осталось задаться вопросом, а что же такое магнитное поле, о котором в учебниках физики написано только то, что оно аккумулирует в себе кинетическую энергию в момент, когда электрический ток начинает своё движение по проводу, и отдаёт её обратно в провод, когда электрический ток прекращает течь? 

Из чего оно формируется?

Об этом наша официальная наука не собирается ничего говорить.

Причину я объяснил в статье «Мы живём в перевёрнутом Мире — Эфир убрали из науки по религиозно-политическим соображениям».

20 сентября 2025 г. Мурманск. Антон Благин