Amikor mozgó töltésekről beszélünk, akkor mihez képest kell érteni a mozgást?

Az általános értelemben "gyorsuló" töltés "elektromágneses" hullámzást kelt maga körül. Ez a hullámzás elég nehezen értelmezhető alakzatú emberi felfogás szerint. A gyakorlatban ezért mindig speciális térbeli konfigurációkban gondolkodunk.

Ilyenek például azok az esetek is, amikor munkavégzés nélkül tisztán sztatikus mágneses (vagy azonosképpen elektromos) mezők forrását akarjuk értelmezni.

A sztatikus mágneses mező forrása a köráram. Bár a körpálya miatt centripetálisan gyorsulnak a töltések, munkavégzés nem történik, ezért az elektromos komponensek kölcsönösen kioltják egymás hatását. Ilyen sztatikus köráramok vannak egy permanens mágnes kristályszerkezetében, vagy egy szupravezető gyűrűben.

Ha munkavégzés is történik, akkor mindig "elektromágneses" kölcsönhatásról beszélünk. Például egy elektromágnes réztekercsében feszültségesés történik, tehát megjelenik az elektromos komponens is a megfelelő térbeli elrendezésben. Ezt az elektromos összetevőt a tápegység elektromotoros ereje (feszültsége) kompenzálja. A tápegység teljesítményt ad le az elektromágnesnek, az pedig hasznos munkavégzés nélkül elfűti a kapott teljesítményt.

Kérdező felvetette:

"Vagy pl. ha egy töltés egy asztalon lévő fémdarabban a Földdel együtt száguld a Nap körül, akkor az nem kelt mágneses teret?"

Válasz:

Az asztalon fekvő fémdarab elektromosan neutrális, tehát makroszkopikus értelemben "nincs töltése". Ezért a makroszkopikus mozgása nem is indukál elektromágneses mezőt - ez ilyen egyszerűen megmagyarázható!

Makroszkopikus esetben általánosíthatjuk:

A sztatikus mágneses mező forrása a köráram.

A sztatikus elektromos mező forrása a tértöltés.

Mikrofizikailag persze az egyes töltéshordozó részecskék (proton, elektron, pozitron, stb.) az elektromos mező forrásai, de emberi méretek esetén ezzel nem kell foglalkoznunk, mert a világunk elektromosan semleges anyagból épül fel. Atomi szinten a klasszikus mechanikára épülő elektromágnesességtant nem lehet használni, ezért van a kvantummechanikai szemlélet az atomszerkezet megmagyarázására.

Makroszkopikusan akkor érzékeljük az elektromos jelenségeket, mikor töltésmegosztás történik. Ilyenkor számottevő erőhatások ébrednek a vizsgált objektumok között. Azonosképpen van mindez a sztatikus mágneses és a dinamikus elektromágneses kölcsönhatásokkal is.

Az elektromágneses kölcsönhatásokat jól használhatjuk a klasszikus elképzelések értelmében is. Ennek a ténynek a jelentőségét meg nem kell magyarázni egy technikai civilizációban - egy számítógép előtt ülő embernek - ugyebár?

Szerintem a kérdező már örülhet, hogy (csaknem ötödik évére rá) végre tudományos szempontból korrekt válaszokat kapott a kérdésére. Nyugodtan lehet reagálni, ha valamilyen részlet még nem világos, hisz nem teljesen hétköznapi észjárást igényel ez a téma!

Az első piros 71%-os megtisztelne véleménye részletesebb kifejtésével a 15-ös (esetleg a többi pirossal értékelt) válaszomat illetően?

Tehát van ez a bizonyos "egy vákuumban repülő elektron". Teljesen mindegy, hogy mit kelt, mert csak akkor tudunk róla, ha valamivel interakcióba lép. Ha interakcióba lép egy másik részecskével, akkor ott már elektromágneses kölcsönhatásról beszélünk. A vizsgált elektronunk az interakció során mozgási energiát nyer/veszít és az energiaközlés elektromágneses hullám által jön létre.

Egy részecske esetén meg van olyasmi hogy Heisenberg féle határozatlansági reláció, tehát ez az eset nehézkesen magyarázható klasszikus fizikai szemlélettel.

Vegyünk egy sokkal hétköznapibb példát. Egy CRT képernyőben "elektronáram" folyik az elektronágyúból az ernyő felé. Itt teljesen egyértelmű hogy milyen térbeli konfigurációjú sztatikus mágneses mező veszi körbe a sugarat. Középiskolai feladat kiszámolni a mágneses tér intenzitását a sugár környezetében (most nem vesszük figyelembe a sugártérítést).

A másik gyakorlatias szemlélet pedig arról szól, hogy igen is van egy zárt áramkörünk, mert számottevő töltésmennyiség sehol sem halmozódhat fel a készülékben (hisz akkor szétvágná az elektromosság az egészet):

Az elektronsugár árama fel van vezetve a vázpotenciálról a katódra, és a képernyő vezető alurétegéről (vagy szekunder emisszióval) vissza van vezetve a nagyfesztáp pozitív pólusára, onnan meg visszajut a vázra.

Bárhogy is helyezünk egy alkalmas egyenáramú lakatfogós ampermérőt a képcső nyakára menő vezetékkorbácsra, a képcső nyakára, a képcső oldaláról levezetett nagyfeszültségű vezetékre, stb. - a műszerünk mindig is az elektronsugarunk áramát fogja mérni. Bármilyen bonyolult is legyen a kérdéses áramhurok alakja, a mágneses mezőt figyelő lakatfogónál csak az átbújtatott áramhurok hat.

Ha nagyobb a hurok, akkor messzebbről hat hosszabb vezetékszakasz - tehát a hurok által keltett mágneses mező hatása a műszerünkre mindig változatlan marad. Ha nincs zárt áramhurok, akkor nincs állandósult áram mérése a mágneses mezőt érzékelő műszerünkel sem!