Магнитный хаос
 Результат теоретического расчета магнитного поля для двух петель с током, повернутых друг относительно друга на 90 градусов. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Мы привыкли изображать магнитные поля, создаваемые одиночным проводом с током, при помощи замкнутых контуров правильной формы (в частном случае - окружностей). Именно так представлены линии магнитного поля, возникающего вокруг проводников с током, в большинстве учебников.
Давно известно, что, например, в плазме, где электрические заряды распространяются при более сложных условиях, нежели в прямолинейных проводах, линии магнитного поля могут и не замыкаться, бесконечно «завиваясь» в трехмерном пространстве вокруг потока заряженных частиц. Подобные хаотические поля изучались уже много лет учеными, занимающимися физикой сплавов и особенностями солнечной атмосферы.
Из общих соображений следовало предположение, что хаотических характер магнитных полей актуален лишь для плазмы. Чуть позже было выдвинуто предположение о том, что схожие картины можно получить при специфической конфигурации проводников с током. Однако, последние расчеты японских ученых доказали, что это даже в самом простом случае магнитные поля далеки от того, что принято изображать на схематических рисунках.
Теоретические расчеты, выполненные учеными и опубликованные в журнале Physical Review E, показали, что простая форма линий магнитного поля – скорее исключение, чем правило. Оказывается, вокруг проводников даже самых простых конфигураций (в том числе тех, что можно найти в большинстве бытовых электронных устройств) линии могут быть запутаны не менее, чем нитки в мотке шерсти.
Самый простой пример, рассмотренный учеными, представляет собой две петли с током, повернутые друг относительно друга на 90 градусов. Расчетная программа выбирала в пространстве случайную точку неподалеку «источника» магнитного поля, после чего по известной формуле вычислялась сумма магнитных полей от двух изолированных «источников». Далее производился поиск точки с таким же значением магнитного поля, расположенной поблизости. Таким образом, команда смогла отследить линию магнитного поля, многократно обвивающую проводники, но не возвращающуюся в исходную точку. Чтобы доказать, что форма линии вызвана правильным учетом всех параметров, а вовсе не ошибкой вычислений, группа показала: изменение начальной точки ведет к появлению радикально другой магнитной линии.
Ученые выполнили расчет и для других простых конфигураций проводников, в том числе с учетом магнитного поля Земли. Было обнаружено, что по сравнению с магнитным полем петель проводника шириной 1 см с током в 10 А, магнитное поле Земли является настолько большим, что хаотическими явлениями можно пренебречь. Также было подтверждено, что хоть магнитные линии и образуют сложные структуры вокруг проводника, на достаточно большом расстоянии от «источника» магнитного поля они распространяются практически прямолинейно. Однако, оказалось, что многие маленькие электрические цепи, которые присутствуют, к примеру, в бытовых телевизорах, компьютерах и сотовых телефонах, генерируют настолько большие магнитные поля, что их хаотической природой уже нельзя пренебрегать в сравнении с геомагнитезимом. Ученые отдельно отмечают, что это хаос, который идет во благо, т.к. «нехаотическое» магнитное поле в отдельных случаях могло бы при определенных условиях блокировать перемещения электрических зарядов.
К сожалению, из-за высоких требований к точности измерений, обнаруженный во время теоретических расчетов феномен будет чрезвычайно сложно проверить на эксперименте.
Также по теме:
Источники: