Todos sabemos que cuando una corriente pasa a través de un conductor, crea un campo magnético, pero ¿por qué sucede? ¿Por qué cambiar el campo magnético induce un voltaje en un conductor?

Las corrientes eléctricas generan campo / fuerza magnética, pero dado que estas corrientes son eléctricamente neutras, la fuerza magnética y la fuerza eléctrica se trataron como diferentes aspectos del mismo sujeto. Por lo tanto, la naturaleza real del campo / fuerza magnética era un misterio.

Un intento de explicar la fuerza magnética usando el enfoque de contracción de longitud de Lorentz se ha mencionado en el libro de texto “Electricidad y magnetismo” de Purcell, donde la fuerza magnética se desarrolla de manera consistente como consecuencia natural de la relatividad especial y las fuerzas puramente electrostáticas. Hay tres deficiencias para este enfoque: (a) No explica la fuerza entre dos cables de corriente paralelos como puramente electrostática; es decir, aparece como puramente magnetostatico en el marco de iones, mientras que la fuerza aparece como un combinado magnetostatico y electrostático en el marco de electrones, (b) No se aplica a una partícula cargada que se mueve en una dirección perpendicular al alambre portador de corriente, (c) Tiene problemas con la carga eléctrica del cable que transporta corriente, porque si un cable con corriente que fluye a través de él es eléctricamente neutro (el comienzo de la derivación), entonces el cable sin corriente se cargará eléctricamente en el marco del laboratorio, y esto es contra el hecho de que un cable neutro es eléctricamente neutro en el marco del laboratorio, ya sea que tenga o no una corriente que lo atraviese.

Estas deficiencias se han abordado en un nuevo trabajo publicado recientemente que proporcionó una explicación exitosa del origen de la fuerza magnética que puede explicar cómo los cables eléctricamente neutros que transportan corrientes producen fuerza magnética. Shadid en su trabajo “Dos nuevas teorías para la relatividad de la carga actual y el origen eléctrico de la fuerza magnética” analizó el patrón de campo eléctrico que se extiende en el espacio debido al movimiento de las cargas de corriente eléctrica. La ley de Biot-Savart y la ley de fuerza magnética dependen de dos propiedades de la corriente: cantidad y dirección. Entonces, independientemente de cómo se genere la corriente, por ejemplo, (cargas negativas en movimiento, cargas positivas en movimiento, o ambas cargas positivas y negativas en movimiento) siempre que tenga la misma cantidad y dirección, producirá el mismo efecto de campo magnético / fuerza en el espacio. Este efecto se estudia utilizando la mínima cantidad igual posible de cargas positivas y negativas que se mueven en direcciones opuestas que se necesitan para producir la corriente. Esta cantidad mínima se obtiene cuando estas cargas se mueven a la máxima velocidad posible, que es a la velocidad de la luz.

En esta situación, cuando las cargas positivas y negativas cambian de posición en un elemento actual debido a su movimiento, el campo eléctrico en expansión cambia de adentro hacia afuera y de afuera hacia adentro, indicando el cambio de las posiciones de carga. Esta alternancia en el campo eléctrico produce puntos de discontinuidad en el campo eléctrico en expansión. Al aplicar la ley de Gauss en estos puntos de discontinuidad, la ley de Gauss indica la existencia de cargos, conocidos como cargos de discontinuidad. Estas cargas de discontinuidad rodean los elementos actuales y se producen cuando las cargas se mueven para llevar a cabo cambios de campo eléctrico en el espacio. Estas cargas pueden explicarse por los fotones que viajan para indicar los cambios en el campo eléctrico, se supone que estos fotones se cargan como se supone en el trabajo de Altschul “Obligado a la carga de fotones por la coherencia de fase de la radiación extragaláctica”.

Estas cargas de discontinuidad interactúan con las cargas positivas y negativas en movimiento en un elemento actual para producir la fuerza magnética. Al aplicar la ley de fuerza eléctrica en estas interacciones, la ley de fuerza magnética exacta y la ley de Biot-Savart se derivan como se especifica en la teoría electromagnética. Entonces, las cargas eléctricas en movimiento de los elementos actuales interactúan entre sí a través de cargas discontinuas, mientras que los elementos actuales son eléctricamente neutros.

Los detalles completos de la explicación, así como la prueba y los cálculos se pueden encontrar en http://ieeexplore.ieee.org/stamp…. La explicación es larga y solo di una breve descripción general.

Aclaración: una “corriente” es en realidad una gran cantidad de cargas electrónicas negativas que se mueven a través / a lo largo de un conductor debido a un diferencial de carga eléctrica en ese conductor.

Primera pregunta: Sabemos que TODAS las cargas eléctricas estáticas proyectan una fuerza de carga electrostática desde sus posiciones estáticas en una proyección 3D esférica 1 / R ^ 2. También sabemos que TODAS las cargas eléctricas en movimiento (carga singular o neta) crean fuerzas eléctricas y magnéticas a partir de esas cargas en una proyección circular relativista comprimida 1 / R que viajan de manera relativista (por ejemplo, fotones). ¿POR QUÉ? – Estas acciones / reacciones de fuerza y ​​relatividad parecen ser Leyes básicas de la Naturaleza.

Pero aún más profundo en las cargas, MC Physics sugiere que toda la materia está hecha de monocargas eléctricas subatómicas que tienen un tipo de carga (+ o -) y una fuerza de carga. Casi toda la materia está hecha de ambos tipos de carga para formar una materia neutra general.

Cada monocarga también tiene un polo magnético asociado y una masa inercial intrínseca que provienen directamente y se derivan de su fuerza de carga eléctrica, y se modifican por la relatividad. Por lo tanto, en el nivel más básico del Universo, son estas monocargas (y los monopolos asociados) las que causan todas las fuerzas, incluidas las fuerzas eléctricas y magnéticas.

Tenga en cuenta que una monocarga eléctrica solo interactúa y reacciona a otra monocarga. Un monopolar magnético solo interactúa y reacciona con otro monopolar, pero esos monopolares están unidos directamente a su monocarga asociada. Por lo tanto, cualquier interacción y reacción magnética se transmitirá a sus respectivas cargas mono por F = M * a = MC * a.

Segunda pregunta : No sé (en este momento) exactamente por qué una fuerza magnética móvil externa (de un imán con monocargas eléctricas giratorias internas y alineadas para una proyección de fuerza de carga eléctrica neta neta) hace que las cargas de electrones en un conductor cercano se muevan como una corriente’. Lo que normalmente debe suceder es:

se impone una diferencia de carga eléctrica localizada al conductor

ese diferencial de voltaje causa desplazamiento de carga de electrones o emisión de átomos, es decir, causa movimiento aleatorio

ese diferencial de voltaje alinea el movimiento de carga de electrones en una dirección para causar una corriente

La deficiencia de electrones en una posición dada causa un diferencial de carga para que los electrones nuevos en el conductor se muevan para llenar esa deficiencia, manteniendo esa corriente.

Las respuestas totalmente insatisfactorias a la pregunta # 2 basadas en lo anterior son:

  • que la fuerza magnética móvil externa hace que las cargas de electrones en el conductor cercano piensen que están (relativamente) en movimiento O
  • esa fuerza magnética móvil externa provoca el movimiento de los monopolares magnéticos conductores que están unidos a sus cargas mono, haciendo que se muevan las cargas electrónicas.

La última respuesta puede ser cierta, ya que los imanes móviles externos pueden calentar (aumenta el nivel de vibración) y causar emisiones.

Tl; dr: es un efecto de relatividad, debido a la contracción de los objetos cargados.

Tenemos que comenzar a recordar que los objetos se contraen mientras viajan.
Dilatación del tiempo / contracción de la longitud
Esto se llama contracción de Lorentz.

Digamos que tenemos una serie de cargas positivas que se mueven hacia la derecha a la velocidad [math] v Tenemos una corriente a la derecha [math] I = 2 \ cdot \ lambda \ cdot v [/ math].
Digamos que a una distancia [matemática] s [/ matemática] de estas cargas hay una carga [matemática] q [/ matemática] que se mueve hacia la derecha a la velocidad [matemática] u

Comencemos desde otro sistema, [math] \ bar {\ mathcal {S}} [/ math], que se mueve hacia la derecha con velocidad [math] u [/ math]. En este marco, [matemáticas] q [/ matemáticas] está en reposo, pero según la regla de adición de velocidad de Einstein, las velocidades de las líneas positivas y negativas son

[matemáticas] v _ {\ pm} = \ frac {v \ mp u} {1 \ mp \ frac {v \ cdot u} {c ^ 2}} [/ math]

Debido a que en este sistema [matemática] v _ {-} carga negativa neta .

De hecho, [matemáticas] \ lambda _ {\ pm} = \ pm (\ gamma _ {\ pm} \ lambda_0) [/ matemáticas], donde
[math] \ gamma _ {\ pm} = \ frac {1} {1- \ frac {v ^ {2} _ {\ pm}} {c ^ 2}} [/ math].

Con algo de álgebra, en el sistema [math] \ bar {\ mathcal {S}} [/ math], la densidad de carga [math] \ lambda_ {tot} [/ math] es

[matemáticas] \ lambda_ {tot} = \ frac {-2 \ cdot \ lambda \ cdot u \ cdot v} {c² \ sqrt {1-u ^ 2 / c ^ 2}} [/ math]

Esto significa que hay un campo eléctrico en el sistema [matemática] \ bar {\ matemática {S}} [/ matemática], [matemática] E = \ frac {\ lambda} {2 \ pi \ eps_0 s} [/ matemática] y una fuerza

[math] \ bar {F} = qE = – \ frac {\ lambda vqu} {2 \ pi \ epsilon_0 s \ sqrt {1-u ^ 2 / c ^ 2}} [/ math].

Como hay una fuerza en [math] \ bar {\ mathcal {S}} [/ math], debe haber una fuerza en [math] {\ mathcal {S}} [/ math], que podemos calcular usando

[matemáticas] F = \ frac {\ bar {F}} {\ frac {1} {\ sqrt {1-u ^ 2 / c ^ 2}}} [/ matemáticas] (porque los sistemas se mueven entre ellos, entonces

[matemáticas] F = – \ frac {\ lambda vqu} {2 \ pi \ epsilon_0 s} [/ matemáticas].

La carga es atraída hacia el cable por una fuerza que es puramente eléctrica en [matemática] \ bar {\ matemática {S}} [/ matemática], pero claramente no eléctrica en [matemática] {\ matemática {S}} [/ matemática] , donde los cables no están cargados. En conjunto, la electrostática y la relatividad implican la existencia de otra fuerza. Esta fuerza es magnética, y con un poco de álgebra, podemos cambiar la expresión anterior de la fuerza en
[matemática] F = -qu \ frac {\ mu_0 I} {2 \ pi s} [/ matemática], que es la expresión de la fuerza magnética de un cable infinitamente largo sobre una carga [matemática] q [/ matemática].

Fuente: Introducción a la electrodinámica de Griffitths, tercera edición.

Esta es una gran pregunta. Espero la respuesta de alguien.