Кіріспе

Классикалық электромагнетизмдегі түсінік. Классикалық электромагнетизмде Ампердің контурлық заңы (Ампердің күш заңымен шатастырмау керек) жабық контур бойындағы магнит өрісінің айналымын контур арқылы өтетін электр тогымен байланыстырады. Джеймс Клерк Максвелл оны 1861 жылы жарияланған "Физикалық күш сызықтары туралы" мақаласында гидродинамиканы қолданып шығарды. 1865 жылы ол уақыт бойынша өзгеретін токтарға қолдану үшін орын ауыстыру тогын қосып теңдеуді жалпылады, нәтижесінде заңның қазіргі түрі пайда болды, кейде Ампер-Максвелл заңы деп аталады, ол классикалық электромагнетизмнің негізін құрайтын Максвелл теңдеулерінің бірі болып табылады.

Ампердің бастапқы контурлық заңы

1820 жылы даниялық физик Ханс Кристиан Орстед электр тогының өзінің айналасында магнит өрісін тудыратынын ашты. Ол ток тасымалдайтын сымның жанындағы компастың инесі сымға перпендикуляр болатындай бұрылатынын байқады. Ол ток өткізетін сымның айналасындағы өрісті басқаратын ережелерді зерттеді және анықтады: Магниттік өріс сызықтары ток тасымалдайтын сымды қоршайды. Магниттік өріс сызықтары сымға перпендикуляр жазықтықта жатады. Егер ток бағыты өзгертілсе, магнит өрісінің бағыты да өзгеріп, кері болады. Өрістің күші ток күшіне тура пропорционал. Кез келген нүктедегі өрістің күші сол нүкте мен сым арасындағы қашықтыққа кері пропорционал. Бұл электр мен магнетизм арасындағы байланысты зерттеуге үлкен серпіліс берді. Андре Мари Ампер екі ток тасымалдайтын сым арасындағы магниттік күшті зерттеді және Ампердің күш заңын ашты. 1850 жылдары шотланд математикалық физигі Джеймс Клерк Максвелл осы және басқа да нәтижелерді бірыңғай математикалық заңға біріктірді. Максвеллдің контурлық заңының бастапқы түрі, ол 1855 жылы «Фарадейдің күш сызықтары туралы» еңбегінде гидродинамикаға ұқсастық негізінде шығарды, магниттік өрістерді оларды тудыратын электр тоқтарымен байланыстырады. Ол белгілі бір токқа сәйкес келетін магнит өрісін немесе белгілі бір магнит өрісіне сәйкес келетін токты анықтайды. Бастапқы контурлық заң тек магнитостатикалық жағдайларға, жабық тізбекте үздіксіз, тұрақты ток ағуына ғана қолданылады. Уақыт өте келе өзгеретін электр өрістері бар жүйелер үшін бастапқы заңды (осы бөлімде келтірілгендей) Максвелл түзетуі деп аталатын қосымша мүше енгізу арқылы өзгерту қажет (төменде қараңыз).

Айқындық пен белгілер туралы келісімдер

Жоғарыда келтірілген анықтамаларда нақтылауды және келісімді таңдауды қажет ететін бірнеше түсініксіздіктер бар. Біріншіден, осы терминдердің үшеуі белгісіздіктермен байланысты: C түзу интегралы циклдің бойымен кез келген бағытта (сағат тілімен немесе сағат тіліне қарсы бағытта) жүрсе; d'S' векторлық ауданы бетке перпендикуляр екі бағыттың кез келгенін көрсете алады; және Ienc – бұл S беті арқылы өтетін таза ток, яғни бір бағыттағы ток, екінші бағыттағы токтан азайтылған, бірақ кез келген бағыт оң деп таңдалуы мүмкін. Бұл түсініксіздіктер оң қол ережесімен шешіледі: оң қолдың алақаны интеграция ауданына қарай, ал көрсеткіш саусағы сызық интеграциясының бағыты бойынша бағытталғанда, созылған бас бармақ векторлық аудан d'S' үшін таңдалуы тиіс бағытты көрсетеді. Сондай-ақ, d'S' сияқты бағытта өтетін ток оң деп есептелуі керек. Белгілерді анықтау үшін оң қолды ұстау ережесін де қолдануға болады. Екіншіден, C қисығын шекарасы ретінде қабылдайтын S бетінің шексіз көп мүмкіндіктері бар. (Сымға жабысқан сабын пленкасын көзге елестетіңіз, оны үрлеп деформациялауға болады). Осы беттердің қайсысын таңдау керек? Егер цикл бір жазықтықта жатпаса, мысалы, анық таңдау болмайды. Жауап: бұл маңызды емес: магнитостатикалық жағдайда ток тығыздығы соленоидты (келесі бөлімді қараңыз), сондықтан дивергенция теоремасы және үздіксіздік теңдеуі кез келген бет арқылы өтетін ағынның, C шекарасы бар және бірдей белгілік конвенциясы қолданылғанда, бірдей болатынын көрсетеді. Іс жүзінде, әдетте берілген шекарасы бар ең ыңғайлы бетті таңдап, оны интегралдайды.