¿Por qué se produce un campo magnético cuando se mueve un electrón?

Citado de ¿Cuál es la causa de la inducción electromagnética o el efecto magnético de la corriente?

Relatividad.

La electrodinámica cuántica explica que todas las interacciones de partículas están mediadas por bosones. El bosón de la interacción electromagnética es el fotón virtual.

Si supone que una carga emite fotones virtuales isotrópicamente a una velocidad fija proporcional a la carga, entonces, usando ese modelo, es bastante fácil deducir la ley de Coulomb donde la intensidad de campo es proporcional a la densidad de fotones.

Ahora comience a mover la carga.

Si las intensidades de campo se deben al intercambio de fotones, ¿qué sucede cuando la carga se mueve?

(Gracias a Giordan Stark por encontrar esta imagen).

Se distorsiona el campo. Dado que el campo solo puede responder a la velocidad de la luz, y mover la carga hacia adelante no cambia la velocidad de los fotones en ninguna dirección, el campo se extenderá detrás del movimiento de la carga y se comprimirá frente a él.

Las ecuaciones de Maxwell suponen que el campo eléctrico no cambia con el movimiento de la carga, sino que invoca un campo magnético que ocurre con la carga.

(La derivación matemática completa de lo siguiente está en el libro al que no tengo acceso en este momento).

Lo interesante es que si tomas el producto cruzado de los cambios inducidos por el movimiento en el campo virtual de fotones y el campo que estaría allí si no hubiera distorsión relativista, ese producto cruzado representa el campo magnético.

Además, si usa los campos magnéticos y nuevamente usa el producto cruzado prescrito por Lorentz para calcular la fuerza magnética en otra carga en movimiento, el producto cruzado produce un resultado de fuerza equivalente a solo usar el campo de fotón virtual desplazado por la relatividad.

La descripción de los imanes permanentes se puede hacer usando el mismo modelo básico, solo que esta vez incorporando el momento angular. Si en lugar de usar una carga puntual, toma una carga con un volumen finito (pero cercano a cero) y asume que está compuesta de cargas mucho más pequeñas, y le da un momento angular, los desplazamientos de las cargas mucho más pequeñas un finito (pero muy pequeña) distancia del centro da al campo magnético distorsiones equivalentes al campo de fotones.

El magnetismo se puede describir utilizando solo cargas eléctricas y relatividad.

Suponga que tiene una línea de carga (longitud infinita) de densidad de carga ‘l’. Otra carga ‘q’, de masa ‘m’ está a una distancia ‘d’ de la línea y es estacionaria.

¿Cuál es la fuerza experimentada por la carga?

F = dp / dt = l * q / (2 * pi * e0 * d)

p es el impulso, pi = 3.14159 … y e0 es la permitividad del vacío.

Ahora, suponga que se está moviendo con una velocidad ‘v’ paralela a la carga de la línea.

Para usted, la carga se mueve en la dirección opuesta con la misma velocidad.

El tiempo se dilata y la duración se contrae, aumentando la densidad de carga.

Para usted, la fuerza F1 = dp / dt1 = (dp / dt) * sqrt (1-v ^ 2 / c ^ 2)

dp / dt = l * q / (2 * pi * e0 * d).

Como la longitud se había contraído para usted, la densidad de carga aumentó en la misma cantidad. Por lo tanto, l1 = l / sqrt (1-v ^ 2 / c ^ 2).

Al unir ambos, obtienes:

F1 = dp / dt1 = (l * q / (2 * pi * e0 * d)) * sqrt (1-v ^ 2 / c ^ 2)

= (l1 * q / (2 * pi * e0 * d)) * (1-v ^ 2 / c ^ 2)

= l1 * q / (2 * pi * e0 * d) – (v ^ 2 / c ^ 2) * (l1 * q / (2 * pi * e0 * d))

= F1_electrostática + F1_dependiendo de la velocidad de carga.

La otra fuerza que depende de la velocidad de carga es la fuerza magnética.

Por lo tanto, la fuerza magnética aparece solo porque cambió su marco de referencia, y en su marco, la carga se estaba moviendo. Aparece debido a los efectos relativistas de la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud.

Espero que esto ayude.

Esta pregunta se refiere a un electrón de partículas fundamental que tiene una carga. Es un hecho bien conocido que cuando una carga se mueve produce un campo magnético.

Trataré de compartir una hipótesis personal con respecto a su pregunta.

Ver un electrón tiene un campo eléctrico a su alrededor. A medida que este electrón gira sobre su propio eje, se genera un pequeño campo magnético. Pero cuando se aplica un voltaje mentido a un cable debido al rápido movimiento de la corriente de electrones en los cables, estos pequeños campos magnéticos se suman y dan lugar a un campo magnético integrado que se puede observar con una brújula. Incluso puedes probarlo en tu casa. puedes ver cómo un imán en movimiento crea corriente eléctrica y cómo una corriente en un cable crea un campo magnético. Estos están relacionados entre sí y pueden coexistir en la naturaleza. I. e., Podrían no estar separados el uno del otro. Espero que esto ayude

Los campos magnéticos y eléctricos son dos caras de la misma moneda: todo depende del marco de referencia en el que se encuentre. Te daré una respuesta (aproximada) que ni siquiera requiere Relatividad Especial. La ley de fuerza de Lorentz en una partícula de masa m, carga q, que se mueve con velocidad v, es F = q (E + v ^ B), en cualquier marco de referencia. Eso significa que si cambiamos a un nuevo marco de inercia (uno que se mueve con respecto al primero con velocidad constante), la invariancia galileana significa que la fuerza vista desde este marco de referencia debe ser la misma que la anterior: es decir, F ‘= q (E’ + v ‘^ B’) = F. Si la carga y la masa son invariantes (y siempre se supone que lo son), eso significa que los campos deben cambiar como

E + v ^ B = E ‘+ v’ ^ B ‘.

Si, por simplicidad, tomamos la carga móvil para estar en reposo en nuestro primer fotograma (v = 0), entonces eso significa

E = E ‘+ v’ ^ B ‘.

Si, por ejemplo, en el primer cuadro solo tenemos fuerza eléctrica (Coulomb) entre dos cargas, entonces esta interacción se verá realmente como una combinación de fuerzas eléctricas Y magnéticas en otro cuadro. Así es como se puede pensar en la “aparición” de los campos magnéticos.

PD: esta es una aproximación porque supone la invariancia galileana, no la de Lorentz. Los verdaderos resultados son un poco más complicados, pero en el límite de bajas velocidades con respecto a la velocidad de la luz, se reducen a los anteriores.

Eso realmente sucede debido al efecto relativista. El siguiente video explica la física de la manera más fácil. Incluso si no estás acostumbrado a la relatividad, te será de gran utilidad.

Un campo eléctrico variable en el tiempo da lugar a un campo magnético. A medida que el electrón se mueve, su distancia desde cada punto cambia, por lo tanto, el campo eléctrico que proyecta en estos puntos variará en función de su movimiento.

La explicación más simple si se da a continuación:

En primer lugar, considere que no hay campo magnético. ¡Sí, lo leíste bien!

El campo magnético es solo un campo eléctrico de un marco de referencia diferente. Ahora, esto solo indica que los dos campos son relativos entre sí. Entonces, donde hay un campo eléctrico en movimiento (electrones en movimiento), habrá un campo magnético

¡¡Espero eso ayude!!

¡¡Pulgares hacia arriba!!

A2A. La respuesta corta es que el electrón es una corriente a los efectos de la ley circuital de Ampère, que prescribe cómo se generan los campos magnéticos. Más profundo que eso, así es como es.

cualquier carga en movimiento produce un campo magnético porque tiene el potencial de ejercer una fuerza centrípeta sobre otra carga o un material inductivo magnéticamente. Es solo una ley de la naturaleza como la gravedad

Vea la entrevista de Feynman, titulada “Imanes”, pero realmente sobre las preguntas de “¿Por qué?”.

Esto es solo mi suposición.

Los protones y los electrones se mueven uno con respecto al otro, por lo que existe una diferencia entre las cargas positivas y negativas. Esto causa un campo magnético.