Складнощі при вивченні магнетизму


     За роки навчання, проходячи розділ магнетизму, мабуть, у усіх виникає дискомфорт, викликаний відсутністю внутрішньої єднальної логіки між численними правилами і прийомами, з яких складається ця наука. Причин тут декілька. Магнітне поле породжується електричними зарядами, що рухаються. На практиці ми в переважній більшості випадків стикаємося з електричним струмом, тобто з трильйонами і трильйонами електронів, що рухаються. Сумарна магнітна дія на точку простору дається нам деякою інтегральною величиною в якій-небудь елементарній формулі. Причому формула дає залежність алгебри масового проходження безлічі електронів. У цій формулі зникає наростання і зниження поля, викликане прольотом одного електрона, пропадає дискретність, і з'являється усереднена маса, що рухається, звана електричним струмом. Причинно-наслідковий зв'язок починає розпливатися і вислизати від свідомості.


     Друга причина в тому, що атоми заліза (і інших феромагнетиків), поміщені в магнітне поле, створене "батьківським" струмом, починають орієнтуватися по полю і додають свій вклад у величину магнітного поля. Причому сумарне поле може бути в десятки тисяч разів більше поля-батька. Підсумувати усі ці елементарні витки із струмом (атоми) ми не в змозі. Не в змозі врахувати також і сили, протидіючі повороту атомів в речовині. Тому для простоти доводиться користуватися вимірами по факту, говорити про деякий коефіцієнт посилення μ і розділяти сумарне поле на батьківське поле, що виходить з порожньої котушки, яку включив експериментатор, і на дочірнє поле атомів, що слухняно вишикувалися, коли речовина піднесена до котушки. Якщо μ, наприклад, рівне 1,4, то потрібно розуміти, що це сумарний коефіцієнт. Одиниця належить батьківському полю, а 0,4 - дочірньому. Якщо μ рівне 3500, то одиниця також належить батьківському полю, а 3499 - дочірньому.


     Відмінність між напруженістю і індукцією магнітного поля приблизно така ж, як різниця між грамами і пудами. Насос, що прокачує поле (напруженість магнітного поля) в магнетизмі означають H, і вимірюють в "пудах" (А/м), а потік поля (магнітну індукцію) означають В, і вимірюють в "грамах" (Тл). Переклад з грам в пуди робиться через коефіцієнт 1/16·10-3, а переклад з напруженості в індукцію через 4π·10-7. Якоїсь принципової різниці між H і B формули алгебри не виявляють. Наявність напруженості неминуче супроводжується наявністю індукції, спрямованої згідно. У електриці може бути напруга і не бути струму. У магнетизмі це виключено. H і B - це один і той же потік поля, виражений в різних назвах і виміряний різними приладами. Можна скрізь у формулах замінити твір μ0H на B рід. Тоді перша формула зв'язку індукції з напруженістю у вакуумі, з якою ми зустрічаємося з нерозумінням.





Виродиться в тавтологію:





А формула для речовини





Перетвориться на зрозумілу





     Точно також і на графіках можна було б перерахувати напруженість в батьківську індукцію. А для графіків постійних магнітів це, можливо, було б зручніше. Збиває з пантелику ще і схожість написання двох коефіцієнтів : μ0 і μ, хоча вони виражають різний фізичний сенс. Перший - усього лише ліквідовує неспівпадання одиниць виміру у індукції і напруженості, другої, - показує міра відгуку речовини на магнітне обурення.


     Третє джерело нерозуміння магнетизму в тому, що його математичний апарат базується на векторній алгебрі, на диференціальних рівняннях, де B і H придбавають самостійний сенс. Сприймати фізику на такому рівні мало кому дано, а ось користуватися висновками, витікаючими з рішення дифуров, доводиться. Що додає враження про магнетизм, як про розрізнену, таку, що не має внутрішнього логічного зв'язку науці. Один з таких висновків, без якого не можна обійтися, - закон повного струму, про суму магнітних напряженностей, яка дорівнює сумі електричних струмів.


     Четверте джерело нерозуміння в тому, що повністю (і те навряд чи) магнетизм можна описати тільки у рамках квантової теорії. Наприклад, атомники стверджують, що у електрона є власне магнітне поле - спін. Але при цьому забороняють електрону обертатися, як дзизі, щоб це саме поле виробити. Про інших же, ще цікавіших речах вони про всяк випадок пишуть в малодоступних книгах, куди не заглядають психіатри.


     До перерахованих складнощів потрібно додати нелінійність магнітних властивостей речовини, що важко для вивчення. І незвичність поведінки магнітного поля, яке дає відгук не назустріч діючій силі, а убік, як дзига, що обертається, яка при спробі відхилити його вісь від себе, прагне нахилитися управо або вліво.