Источник магнитных линий магнитного поля проводника формируется внутри проводника и напрямую связан с движением тока. При отключении тока в медном проводнике магнитное поле вокруг проводника исчезает. Магнитное поле, как одна из компонент электромагнитного поля, создается неизменными во времени токами, протекающим по проводящему телу, неподвижному в пространстве по отношению к наблюдателю. Наиболее изучено магнитное поле проводника с круглым сечением. Необходимо отметить, что в технике применяются проводники не только круглого сечения. Широко используются проводники сложного сечения, например дорожки на плате, скрученные несущие провода, зажимы, шины, контактные губки. Изучение магнитного поля проводников различной формой сечения имеет важное практическое значение для науки и техники.
Гипотеза: Силовые линии магнитного поля на поверхности проводника определяются магнитными моментами электронов. Ориентация моментов зависит от кривизны поверхности проводника.
В исследовании используем результаты практического эксперимента над проводником с постоянным током. Магнитная стрелка вблизи проводника указывает на силовые линии исходящие из поверхности проводника. Отдельный магнитный момент электрона достаточно слабая величина. При отсутствии тока магнитный моменты электронов разнонаправлены и соответственно общее магнитное поле проводника отсутствует. При появлении тока вынужденно появляется магнитное поле, вызванное группировкой электронов и их магнитных моментов (ММЭ). Предположим магнитные домены, состоящие из цепочек электронов, составляют уже значительную совокупную величину магнитного поля. В результате эксперимента выявлены пять характерных положений магнитной стрелки, зависящих от формы сечения.
Проанализируем направление магнитной стрелки и возможное направление магнитных доменов в проводнике. Результаты измерения положения магнитной стрелки над проводником с плоским сечением приведены на рисунке.
При параллельном расположении поверхностей проводника направления магнитной стрелки вблизи поверхности сверху и снизу противоположны. Южный полюс стрелки направлен к плоской поверхности. Северный полюс стрелки всегда направлен от поверхности. Симметричные расположения стрелки внутри проводника предполагают симметричное направление магнитных доменов внутри проводника. ММЭ на верхней поверхности и нижней поверхности противоположны. Соответственно магнитные домены будут отталкиваться друг от друга и вытесняться на поверхность из внутренней области проводника. По всей видимости это способствует равномерному распределению электронов, точнее групп электронов по поверхности проводника.
При небольшом изгибании проводника в поперечном сечении магнитная стрелка у поверхности проводника изменяет свое направление в зависимости от кривизны. Угол отклонения стрелки от поверхности одинаковый.
При небольшом искривлении поверхности наблюдается нарушение симметрии. Концентрация магнитных доменов на верхней поверхности больше, чем на нижней поверхности. В результате уровень магнитного поля внутри слабее, чем снаружи. Возможно ослабление вызвано переориентацией отдельных ММЭ на противоположное. Известно два стержневых магнита притягиваются друг к другу, если их полюса противоположны. В результате магниты притягиваются друг к другу. Притяжение магнитов приводит к плотному размещению, приводящее к уменьшению совокупного магнитного поля. Подобным образом упорядочиваются и сближаются магнитные домены на поверхности проводника. Допустим при небольшом сгибании некоторая часть магнитных доменов переворачивается и магнитное поле на вогнутой поверхности уменьшается.
Подтверждено измерениями, что при дальнейшем изгибании проводника магнитное поле внутри сгиба полностью исчезает.
При постепенном изгибании листа, уменьшается радиус изгиба сечения. И на определенном значении радиуса магнитное поле внутри исчезает. Магнитная стрелка во внутреннем пространстве перестает иметь явно выраженное направление. Отсутствие магнитного поля внутри может объясняться, тем, что половина ММЭ ориентировано в одну сторону, а другая половина в другую сторону. В результате нет ярко выраженных полюсов на внутренней вогнутой поверхности проводника. На выгнутой поверхности проводника магнитное поле остается прежним, т.е. без принципиальных изменений. Дальнейшее изгибание листа, уменьшение радиуса приводит к вновь появлению магнитного поля на вогнутой поверхности, только форма его становиться многополюсной.
Разнонаправленное положение магнитной стрелки внутри вогнутого сечения проводника указывает на многополюсную форму магнитного поля на внутренней поверхности проводника. Многополюсная форма магнитного поля визуализируется и подтверждается также с помощью металлических опилок. Многополюсность внутренней поверхности связана с постепенным разворотом ММЭ на вогнутой поверхности. Уменьшение радиуса сгиба листа ведет к уменьшению количества полюсов. Замыкание краев листа, формирует проводник с круглым сечением. Форму внутри полого проводника раскрывает магнитная стрелка.
Внутри круглого проводника с полым сечением объективно существует магнитное поле. Южный полюс стрелки внутри и снаружи всегда ближе к поверхности проводника. Отсюда напрашивается вывод, что проводник с постоянным током является источником магнитного поля с выраженным северным полюсом. Электроны равномерно распределены и упорядочены на всем поверхностям. Рассмотренное распределение ММЭ на поверхностях проводника формирует различные формы магнитного поля. Как показано, форма магнитного поля с одной стороны и с другой стороны могут быть абсолютно различными. Это проявляется при толщине проводника – медного листа всего 0,5 мм. Определенно распределение электронов и направленность магнитных моментов проявляется как поверхностный эффект. Суть эффекта в том, что магнитное поле проводника с током формируется тонкой прослойкой упорядоченных магнитных доменов на поверхности проводника.
Магнитная стрелка снаружи проводника раскрывает одинаковую направленность ММЭ внутри проводника. При данной направленности южных полюсов электронов происходит их отталкивание и выталкивание электронов на поверхность. По всей видимости эта сила является причиной высокой концентрации электронов на поверхности проводника с током. При изменении направления тока ориентация ММЭ меняется, сохраняя направленность южных полюсов внутрь проводника.
Заключение: в статье рассматриваются результаты практического эксперимента над проводником с постоянным током. Исследование расположения магнитной стрелки над поверхностью проводника выявило разнообразные формы магнитного поля. Установлено, что форма магнитного поля зависит от кривизны поверхности проводника. Рассмотрено предположение, что силовые линии магнитного поля проводника определяются магнитными моментами электронов. Выявлено пять выраженных позиций магнитных доменов в зависимости от кривизны поверхности. На выпуклой стороне проводника магнитные моменты электронов направлены при любом направлении тока северным концом наружу. Направление магнитных моментов электронов на вогнутой поверхности определенно зависит от радиуса кривизны поверхности. Предложена причина формирования магнитного поля на вогнутой поверхности. Описано взаимодействие электронов, формирование магнитных доменов. Сделан вывод о причине выдавливания электронов из внутренней области проводника на его поверхность. Установлено распределение электронов и направленность магнитных моментов в проводнике проявляется как поверхностным эффект.