Spójrzmy się przyjrzeć bliżej oddziaływaniu prądów.
Na początek niech będzie to jeden przewodnik wykonany z metalu. Jest on oczywiście elektrycznie obojętny, a więc jeśli w pobliżu tego przewodnika umieścimy ładunek próbny, to nie będzie na niego działać żadna siła niezależnie od tego, czy przez ten przewodnik płynie prąd, czy też nie.
Dzieje się tak ponieważ gęstości ładunku dodatniego (rdzenie jonowe) oraz ujemnego (gaz elektronowy) są jednakowe, a więc wypadkowe pole elektryczne, w którym znajduje się ładunek próbny wynosi zero.
Załóżmy teraz, że przez prosty przewodnik o nieskończonej długości (w praktyce bardzo długi) płynie prąd, a ładunek próbny zaczyna się poruszać równolegle do przewodnika. Jony metalu (ładunki dodatnie) są nieruchome, zaś elektrony poruszają się z prędkością unoszenia (jest ona niewielka – pisałem już o tym). Niech ładunek próbny (dla uproszczenia niech będzie to elektron) porusza się równolegle do przewodnika i jego zwrot prędkości jest zgodny ze zwrotem prędkości unoszenia. Spróbujmy sobie wyobrazić, co „widzi” nasz ładunek (czyli rozpatrujemy sytuację z punktu widzenia układu, w którym ładunek próbny spoczywa).
Oczywiście z punktu widzenia ładunku próbnego będą przesuwać się zarówno ładunki dodatnie (ładunek próbny porusza się przecież względem przewodnika), jak i ujemne, ale ich prędkości nie są równe! Ponieważ założyliśmy, że ładunek próbny (elektron) porusza się „zgodnie” z ruchem elektronów w przewodniku możemy (znów dla uproszczenia rozumowania) przyjąć, że jego prędkość jest równa prędkości unoszenia elektronów w przewodniku. Przy takich założeniach ładunek próbny nie porusza się względem tych elektronów (mowa o wartościach średnich). Ale porusza się oczywiście względem ładunków dodatnich. I tu dochodzimy do sedna sprawy – otóż na skutek skrócenia Lorentza-Fitzgeralda ładunek próbny będzie „widział” mniejsze odległości pomiędzy ładunkami dodatnimi (jonami sieci krystalicznej metalu). A więc ładunek próbny „zobaczy” większą gęstość ładunków dodatnich niż ujemnych! Czyli przewodnik z prądem zacznie przyciągać ładunek próby (przypominam, założyliśmy, że jest on ujemny).
Poruszający się ładunek to przecież elementarny prąd elektryczny. W naszym przykładzie jest to elektron, który porusza się z tym samym zwrotem, jaki ma prędkość unoszenia w elektronów w przewodniku – czyli jest to prosty model 2 prądów płynących w tym samym kierunku. I nasz wniosek jest oczywisty – takie prądy będą się przyciągać!
Uważny Czytelnik w tym miejscu zapyta – prędkość unoszenia jest bardzo mała – rzędu mm/s czyli 10^-11 m/s. Prędkość światła to 10^8 m/s. A więc prędkość bezwymiarowa (zwana „beta”) wyniesie 10^-19. Bardzo mało. Ale ładunków (i dodatnich i ujemnych) w przewodniku jest bardzo dużo. Łatwo to oszacować korzystając z liczby Avogadro i masy molowej miedzi. W 1 ccm miedzi mamy około 10^22 atomów – więc minimalne skrócenie pomnoży się przez liczbę ładunków i minimalny efekt stanie się makroskopowy.
Dla dociekliwych i lubiących matematykę polecam http://aneksy.pwn.pl/podstawy_fizyki/?id=804
Na stronie tej wykonano dwa obliczenia siły działającej na ładunek próbny poruszający się w pobliżu przewodnika z prądem: Jedno z wykorzystaniem pojęcia pola magnetycznego - siła Lorentza działająca na ładunek poruszający się w polu magnetycznym o indukcji B wytwarzanym przez przewodnik z prądem, a drugie według przedstawionego powyżej schematu. Wyniki są identyczne!
A więc – Pan Waldemar.M ma rację! Pole magnetyczne jest nam niepotrzebne! Używamy go po prostu dla wygody.
Ale niepotrzebne jest również „elektrino”!
