Один из наиболее известных сегодня популяризаторов науки Дерек Маллер (Derek Muller) на своём YouTube-канале опубликовал видео, которое было переведено для русскоязычной аудитории командой Vert Dider. Если вы ещё не видели его, предлагаю ознакомиться, хотя вкратце я изложил основную суть ниже:
Согласно имеющимся теориям электродинамики, энергия течёт в пространстве, окружающем провод, но не в самом проводе. Казалось бы, об этом и говорит Дерек. На самом деле, он допустил существенную неточность, на которую, как мне кажется, следует обратить внимание.
Существование и электромагнитных полей, и вектора Пойнтинга (вектор плотности потока электромагнитной энергии, основой для описания которого послужил вектор плотности потока энергии любой физической природы, описанный Н. А. Умовым в 1874 году) довольно давно доказаны.
Когда Дерек начал объяснять перенос энергии посредством электромагнитного поля на простейшей схеме с изображением батарейки, от которой через два провода запитана лампочка, он допустил упрощение, которое, как по мне, вводит в заблуждение.
Речь вот об этой анимации, на которой показано, как энергия переходит к лампочке посредством электромагнитного поля:
Глядя на эту анимацию, может создаться впечатление, что плотность энергии одинакова во всех направлениях. При этом часть энергии переходит к лампочке вдоль проводов, а часть буквально по воздуху.
На самом деле вектор Пойнтинга, показывающий направление электромагнитной энергии, это произведение напряжённости электрического и магнитного полей. Давайте рассмотрим отдельно магнитное поле и его напряжённость около провода.
Вычисляется оно вот по этой формуле:
То есть напряжённость поля имеет обратную зависимость от радиуса, читай от удаления от провода. Получается, что в центре провода напряжённость равна нулю. Она возрастает до максимального значения к поверхности провода, а при удалении от него резко падает.
Это уже говорит о том, что, если правильно нарисовать анимацию, показанную Дереком, мы увидим, что плотность потока энергии имеет максимальное значение возле поверхности провода. При удалении же от провода она начинает стремиться к нулю.
Да, это никак не отрицает того факта, что энергия передаётся не по проводу, но всё-таки максимально близко к его поверхности. Если хотите, провода — это рельсы, по которым идёт энергия. Она не перелетает от батарейки к лампочке по воздуху в рамках какой-то магии. Без этих «рельсов» передачи энергии не будет. Напряжённости поля, создаваемой батарейкой, просто не хватит, чтобы зажечь лампочку без проводов.
Следует отметить, что нечто подобное возможно. Мы можем зажечь люминесцентную лампу в поле, создаваемом высоковольтными ЛЭП. Но это ровно потому, что напряжённость создаваемого ими поля крайне высока на довольно большом расстоянии от проводов, и достаточна для того, чтобы в люминесцентных лампах происходила ионизация, приводящая к свечению. Вот и весь «фокус».
Интересно ваше мнение по этому поводу.
Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.