ყოველკვირეული სამეცნიერო ბაიტი: რატომ წარმოქმნის დენის გამტარი მავთული მაგნიტურ ველს?

დენის გამტარი მავთული თავის გარშემო მაგნიტურ ველს წარმოქმნის - ფუნდამენტური ფიზიკური ფენომენი, რომელიც პირველად დამაჯერებლად აჩვენა დანიელმა ფიზიკოსმა ჰანს კრისტიან ორსტედმა 1820 წელს. მის კლასიკურ ექსპერიმენტში, როდესაც ელექტრული დენი მავთულში გადიოდა, მის ქვეშ მოთავსებული პარალელური კომპასის ისარი გადახრილი იყო. ამან პირდაპირ დაამტკიცა ელექტრული დენის მაგნიტური ეფექტი, დაადგინა შინაგანი კავშირი ელექტროენერგიასა და მაგნეტიზმს შორის და ელექტრომაგნეტიზმის კვლევის ახალი ერა დაიწყო.

მიკროსკოპული პერსპექტივიდან, მაგნიტური ველი ელექტრული მუხტების მოძრაობიდან წარმოიქმნება. როდესაც მავთულს დენი მიედინება, მასში არსებული თავისუფალი ელექტრონების მიმართულებითი დრიფტი დენს ქმნის. ელექტრომაგნეტიზმის პრინციპების თანახმად, თითოეული მოძრავი მუხტი თავის გარშემო მაგნიტურ ველს წარმოქმნის. მიუხედავად იმისა, რომ მავთული ზოგადად ელექტრულად ნეიტრალურია, თანამიმართულებით მოძრავი ელექტრონების დიდი რაოდენობის მიერ წარმოქმნილი პაწაწინა მაგნიტური ველები კონსტრუქციულად გადაფარვა მავთულის გარეთ არსებულ სივრცეში, რაც ქმნის აღმოსაჩენ მაკროსკოპულ მაგნიტურ ველს. მისი სიძლიერე პირდაპირპროპორციულია დენის სიდიდისა და უკუპროპორციულია მანძილისა, ხოლო მისი განაწილება დამოკიდებულია გამტარის გეომეტრიაზე (სწორი მავთული, მარყუჟი, სოლენოიდი და ა.შ.).

ჯეიმს კლერკ მაქსველის მიერ შემუშავებული ელექტრომაგნიტური თეორიის დიდ ჩარჩოში, დენის გამტარობის მქონე მავთულის მიერ მაგნიტური ველის გენერირების ფენომენი იდეალურად არის ინტეგრირებული მის განტოლებებში. კერძოდ, ამპერ-მაქსველის კანონი აცხადებს, რომ მაგნიტური ველის წარმოქმნა შესაძლებელია არა მხოლოდ გამტარობის დენით (სადენში არსებული დენი), არამედ ცვალებადი ელექტრული ველითაც. ეს კანონი დროში ცვალებადი ელექტრომაგნიტური ველების აღწერის ცენტრალურ ნაწილს წარმოადგენს. ის აერთიანებს და ამაღლებს ერსტედისა და ამპერის აღმოჩენებს, რაც ავლენს, რომ ელექტრული და მაგნიტური ველები ერთი და იგივე ელექტრომაგნიტური ველის ორი განუყოფელი ასპექტია: ცვალებადი ელექტრული ველი წარმოქმნის მაგნიტურ ველს, ხოლო ცვალებადი მაგნიტური ველი წარმოქმნის ელექტრულ ველს. ისინი ურთიერთგამომწვევია და ელექტრომაგნიტურ ტალღებს წარმოქმნის.