Как распространяется магнитное поле по длинному проводнику?

Question

[YMA]

Никогда не задумывался...
Если взять достаточно длинный проводник в виде разомкнутого кольца (допустим, вокруг Земли уложить) поставить по его длине датчики магнитного поля, и подключить его концы к источнику напряжения - где возникнет, и как будет распространяться магнитное поле вдоль проводника?
- от минуса к плюсу
- от плюса к минусу
- от концов к середине
- возникнет по всей длине проводника одновременно? :)

ИИ в лице GigaChat предположил, что от минуса к плюсу.

На мой обывательский взгляд, поскольку электрическое поле разного направления присутствует одновременно на плюсе и минусе источника напряжения - то и распространяться по проводнику, создавая движение зарядов и магнитное поле, оно должно с обоих концов проводника до его середины.

Comments

[pfg21]

если очень коряво и приблизительно объяснять.
сначала распространяется электрическое поле. очень и очень быстро, со скоростью света в среде проводника.
в электрическом поле согласно градиенту напряженности начинают двигаться электрически заряды. они двигаются на несколько порядков медленнее скорости света. поэтому практиески все заряды проводника двигаются одинаково и сразу.
движущиеся заряды начинают создавать вокруг себя магнитное поле.

теоритически да, магнитное поле возникает от концов и распространяется к середине. ибо связано с электрическим полем. но зименение будет на порядки менее заметное чем электрическое поле.

направление зависит от разницы подключаемых потенциалов и потенциала проводника.
если к примеру к проводнику с одной стороны подключается потенциал равный проводнику, то изменений электрического поля с этой стороны "лететь" не будет. тогда получится что электрическое пролетит весь проводник :)

[YMA]

Так в том и дело, что электрическое поле распространяется очень быстро - но не мгновенно. И вот этот переходный процесс как раз и интересен. Причем я привел пример с проводником, проложенным вокруг Земли (40000 км.) и на таком расстоянии процесс распространения поля займет вполне ощутимые 0,13 секунды.

Или 0,065, если поле пойдет навстречу с обоих концов одновременно. ;)

[pfg21]

YMA, ну если так глубоко влезать в теорию, то посчитай переходные процессы в таком длинном проводнике.
не помню что происходит при встрече двух ступенек противоположной направленности. по идее они пройдут сквозь друг друга, но как-то хитро прозаимодействуют. и будут гулять туда сюда пока не рассеятся.
тут не солитоны, которые взаимно уничтожатся.

[Виктор]

Формально точный ответ на заголовок - никак. Потому что по проводнику распространяется не магнитное поле, а электрическое. Если оно сможет инициировать движение зарядов (например, при наличии замкнутой эл. цепи), тогда уже появляется и магнитное. Если не сможет - магнитного поля нет.

Впрочем, изменяющееся электрическое поле создаёт магнитное (тоже меняющееся) самостоятельно, без посредничества движущихся зарядов, и может это делать без всяких проводников, даже в вакууме. Таким манером эта парочка, взаимно превращаясь, распространяется в вакууме со скоростью света, а в других средах, которые поплотнее - медленнее.

Если не придираться к формальностям и отвечать не на заголовок, а на вопрос с учётом ваших уточнений (имею ввиду цифры 0,13/0,065 сек), то по-видимому придётся учитывать реактивные параметры проводника, т.е. его индуктивность и ёмкость. Полагаю, эти реактивности увеличат это время.

[YMA]

Виктор, в нашей ситуации все просто - проводник имеется, даже для простоты можно считать его сверхпроводником. Электрическая цепь замкнутая - к концам проводника, проложенного вокруг всей Земли, одновременно подключаются + и - источника напряжения.

И сам вопрос простой, что, а точнее - когда, покажут датчики магнитного поля, расположенные вдоль провода на всем его протяжении? :)

Пока есть две гипотезы, высказанные коллегами - поле начнёт появляться от минуса к плюсу, и вторая - поле начнёт появляться от концов провода к его середине :)

[pfg21]

YMA, причем оба гипотезы будут правильными :)

Answer 1

[rPman]

вот тут подробно разбирали как и что по проводу передвигается и с какой скоростью (там даже симуляции с высокой достоверностью, учитывая квантовые эффекты показали)
https://youtu.be/hNd4mse2C4s?t=726
https://youtu.be/6Hv2GLtnf2c?t=361

Answer 2

[15432]

У канала Veritassium есть достаточно спорное видео, где похожий эксперимент проводят и автор утверждает, что электромагнитное поле идёт не внутри проводов, а вокруг них. Так что в вашем случае, поле возникнет в точке соприкосновения проводов и со скоростью света распространится в обе стороны вдоль провода до его конца.

https://youtu.be/bHIhgxav9LY

Comments

[pfg21]

постоянному магнитному полю до лампочки электропроводимость среды :) его интересует только магнитопроводимость среды. так что он прекрасно может быть внутри проводника.
меняющемуся (или переменному) электропроводность мешает/тормозит ибо надо навести токи фуко. и начинается сложная система переходных взаимодействий... но в принципе тоже может быть внутри проводника.

Answer 3

[Daemon23RUS]

Оочень интересный мысленный эксперимент. Медный проводник сечением 1мм и по экватору, а это 40 млн метров.
Сопротивление 0,0175 Ом·мм²/м итого 700кОм сопротивления, и пытаемся навести силу тока в 1А. Т.е потребуется приложить 700 тыс. вольт. И это на 1А, т.е мощность нашего источника питания 700кВт. Занятная штука вышла.
Теперь о сути вопроса, сильно упрощая и делая допущения, но чтобы представить как это происходит. Вообразите вместо провода длинный состав стоящий на путях по экватору, с одним единственным тепловозом (допускаем что тепловоз может тянуть это по кольцу) в сцепках между вагонами зазор (минимальный, размер не имеет значения)
Так вот Ваш процесс будет схож с троганием этого состава, в первую очередь придут в движение вагоны рядом с тепловозом, и далее в обе стороны пойдет волна распространения этого движения (со скоростью света) те вагоны что тронулись в момент изменения скорости излучат электромагнитную волну, а те что двигаются будут создавать магнитное поле.