Elektrické a magnetické pole: Aké sú rozdiely?

Pojem „pole“ v ruštine znamená veľmi veľkú plochu jednotného zloženia, napríklad pšenicu alebo zemiaky.

Vo fyzike a elektrotechnike sa používa na opis rôznych druhov látok, napríklad elektromagnetických, pozostávajúcich z elektrických a magnetických zložiek.

Elektrický náboj je spojený s týmito formami hmoty. Keď je nehybný, vždy je okolo neho elektrické pole a keď sa pohybuje, vytvára sa aj magnetické pole.

Predstava človeka o povahe elektrického (presnejšie elektrostatického) poľa sa formuje na základe experimentálnych štúdií jeho vlastností, pretože zatiaľ neexistuje iná metóda výskumu. Pri tejto metóde sa zistilo, že pôsobí na pohybujúce sa a/alebo stacionárne elektrické náboje určitou silou. Meraním jeho hodnoty sa hodnotia hlavné prevádzkové charakteristiky.

Elektrické pole

Vytvorené:

• okolo elektrických nábojov (telies alebo častíc);

• so zmenami v magnetickom poli, ku ktorým dochádza pri pohybe elektromagnetické vlny. 

Je znázornená siločiarami, ktoré sú zvyčajne zobrazené ako vychádzajúce z kladných nábojov a končiace sa zápornými. Náboje sú teda zdrojom elektrického poľa. Ak na ne budete pôsobiť, môžete:

• identifikácia prítomnosti poľa;

• zadajte kalibrovanú hodnotu na meranie jej hodnoty.

Pre praktické použitie je výkonová charakteristika tzv. napätie, ktoré sa odhaduje pôsobením na jedno nabitie s kladným znamienkom.

Magnetické pole

Pôsobí na:

• elektrické telesá a náboje v pohybe s určitým úsilím;

• magnetické momenty bez ohľadu na stavy ich pohybu.

Magnetické pole sa vytvára:

• prechod prúdu nabitých častíc;

• sčítaním magnetických momentov elektrónov vo vnútri atómov alebo iných častíc;

• s dočasnou zmenou elektrického poľa.

Je tiež znázornená siločiarami, ale sú uzavreté pozdĺž obrysu, nemajú začiatok a koniec, na rozdiel od elektrických.

Interakcia elektrických a magnetických polí

Prvé teoretické a matematické zdôvodnenie procesov prebiehajúcich v elektromagnetickom poli uskutočnil James Clerk Maxwell. Predstavil systém rovníc diferenciálnych a integrálnych foriem, v ktorých ukázal vzťah elektromagnetického poľa k elektrickým nábojom a prúdom tečúcim v spojitom prostredí alebo vo vákuu.

Vo svojej práci používa zákony:

• Ampéry, popisujúce tok prúdu cez drôt a vytváranie magnetickej indukcie okolo neho;

• Faraday, vysvetľujúci výskyt elektrického prúdu z pôsobenia striedavého magnetického poľa na uzavretý vodič.

Maxwellove práce určili presné vzťahy medzi prejavmi elektrického a magnetického poľa v závislosti od nábojov rozmiestnených v priestore.

Od vydania Maxwellových diel uplynulo veľa času. Vedci neustále študujú prejavy experimentálnych faktov medzi elektrickými a magnetickými poľami, ale aj teraz je ťažké určiť ich povahu. Výsledky sú obmedzené na čisto praktické aplikácie uvažovaných javov.

Vysvetľuje sa to tým, že s našou úrovňou vedomostí môžeme len stavať hypotézy, keďže zatiaľ môžeme len niečo predpokladať.Príroda má predsa nevyčerpateľné vlastnosti, ktoré treba ešte veľa a dlho študovať.

Porovnávacie charakteristiky elektrických a magnetických polí

Zdroje vzdelania

Vzájomný vzťah medzi poľami elektriny a magnetizmu pomáha pochopiť zrejmú skutočnosť: nie sú izolované, ale spojené, ale môžu sa prejavovať rôznymi spôsobmi, pričom predstavujú jeden celok - elektromagnetické pole.

Ak si predstavíme, že z vesmíru sa v určitom bode vytvorí nehomogénne pole elektrického náboja, ktoré je vzhľadom k povrchu Zeme nehybné, tak v pokoji nebude fungovať určovanie magnetického poľa okolo neho.

Ak sa pozorovateľ začne pohybovať vzhľadom na tento náboj, pole sa začne časom meniť a elektrická zložka už vytvorí magnetickú zložku, ktorú môže stály výskumník vidieť pomocou svojich meracích prístrojov.

Podobne k týmto javom dôjde, keď sa stacionárny magnet umiestni na nejaký povrch, čím sa vytvorí magnetické pole. Keď sa k nej pozorovateľ začne pohybovať, zaznamená výskyt elektrického prúdu.Tento proces popisuje fenomén elektromagnetickej indukcie.

Preto nemá veľký zmysel tvrdiť, že v uvažovanom bode v priestore existuje iba jedno z dvoch polí: elektrické alebo magnetické. Túto otázku je potrebné položiť v súvislosti s referenčným rámcom:

• stacionárne;

• Pohyblivý.

Inými slovami, referenčný rámec ovplyvňuje prejavy elektrických a magnetických polí rovnakým spôsobom ako sledovanie krajiny cez filtre rôznych odtieňov. Zmena farby skla ovplyvňuje naše vnímanie celkového obrazu, ale aj keď za základ berieme prirodzené svetlo, ktoré vzniká prechodom slnečného svetla cez vzdušnú atmosféru, neposkytne pravdivý obraz ako celok. skreslí to.

To znamená, že referenčný rámec je jedným zo spôsobov štúdia elektromagnetického poľa, umožňuje posúdiť jeho vlastnosti, konfiguráciu. Ale to je vlastne jedno.

Indikátory elektromagnetického poľa

Elektrické pole

Elektricky nabité telesá sa používajú ako indikátory, ktoré ukazujú prítomnosť poľa na určitom mieste v priestore. Na pozorovanie elektrickej súčiastky môžu použiť elektrifikované malé kúsky papiera, loptičky, rukávy, „sultánov“.

Uvažujme o príklade, kde sú dve indikačné guľôčky umiestnené vo voľnom zavesení na oboch stranách plochého elektrifikovaného dielektrika. Budú rovnako priťahované k jeho povrchu a budú sa predlžovať v línii.

V druhej fáze umiestnime plochú kovovú platňu medzi jednu z guľôčok a elektrifikované dielektrikum. Tým sa nezmenia sily pôsobiace na indikátory. Loptičky nezmenia svoju pozíciu.

Tretia etapa experimentu súvisí s uzemnením plechu. Hneď ako sa to stane, gulička indikátora umiestnená medzi elektrifikovaným dielektrikom a uzemneným kovom zmení svoju polohu a zmení svoj smer na vertikálny. Prestane byť priťahovaný k doske a bude podliehať iba gravitačným silám gravitácie.

Táto skúsenosť ukazuje, že uzemnené kovové štíty blokujú šírenie siločiar elektrického poľa.

Magnetické pole

V tomto prípade môžu byť ukazovatele:

• oceľové piliny;

• uzavretá slučka, cez ktorú preteká elektrický prúd;

• magnetická strelka (príklad kompasu).

Princíp rozloženia oceľových hoblín pozdĺž magnetických siločiar je najrozšírenejší. Je tiež zahrnutá v prevádzke magnetickej ihly, ktorá, aby sa zmenšil odpor trecích síl, je upevnený na ostrom hrote a tým získava dodatočnú voľnosť otáčania.

Zákony popisujúce interakcie polí s nabitými telesami

Elektrické polia

Coulombova experimentálna práca, uskutočnená s bodovými nábojmi zavesenými na tenkom a dlhom vlákne kremeňa, slúžila na objasnenie obrazu procesov prebiehajúcich v elektrických poliach.

Keď sa k nim priblížila nabitá guľa, táto ovplyvnila ich polohu a prinútila ich odchýliť sa o určitú hodnotu. Táto hodnota je pevne stanovená na číselníku stupnice špeciálne navrhnutého zariadenia.

Týmto spôsobom vznikajú sily vzájomného pôsobenia medzi elektrickými nábojmi, tzv elektrický, Coulombova interakcia… Sú opísané matematickými vzorcami, ktoré umožňujú predbežné výpočty navrhnutých zariadení.

Magnetické polia

Funguje to tu dobre Amperov zákon založené na interakcii vodiča s prúdom umiestneného vo vnútri magnetických siločiar.

Pre smer sily pôsobiacej na vodič s prúdom platí pravidlo využívajúce usporiadanie prstov ľavej ruky. Štyri spojené prsty musia byť umiestnené v smere prúdu a siločiary magnetického poľa musia vstúpiť do dlane. Potom vyčnievajúci palec ukáže smer požadovanej sily.

Letová grafika

Na ich označenie v rovine výkresu sa používajú siločiary.

Elektrické polia

Na označenie línií napätia v tejto situácii sa používa potenciálne pole, keď sú prítomné stacionárne náboje. Siločiara vychádza z kladného náboja a prechádza do záporného.

Príkladom modelovania elektrického poľa je variant umiestnenia kryštálov chinínu do oleja. Modernejšou metódou je využitie počítačových programov grafických dizajnérov.

Umožňujú vám vytvárať obrazy ekvipotenciálnych plôch, odhadovať číselnú hodnotu elektrického poľa a analyzovať rôzne situácie.

Magnetické polia

Pre väčšiu prehľadnosť zobrazenia používajú čiary charakteristické pre vírové pole, keď sú uzavreté slučkou. Vyššie uvedený príklad s oceľovými pilníkmi jasne ilustruje tento jav.

Výkonové charakteristiky

Je obvyklé vyjadrovať ich ako vektorové veličiny, ktoré majú:

• určitý postup;

• hodnota sily vypočítaná zodpovedajúcim vzorcom.

Elektrické polia

Vektor intenzity elektrického poľa pri jednotkovom náboji môže byť znázornený vo forme trojrozmerného obrazu.

Jeho veľkosť:

• nasmerované preč od centra náboja;

• má rozmer, ktorý závisí od metódy výpočtu;

• je určený bezkontaktným pôsobením, to znamená na diaľku, ako pomer pôsobiacej sily k náboju.

Magnetické polia

Napätie vznikajúce v cievke je možné vidieť ako príklad na nasledujúcom obrázku.

Magnetické siločiary v ňom z každého otočenia von majú rovnaký smer a sčítavajú sa. Vo vnútri otáčacieho priestoru sú smerované opačne. Z tohto dôvodu je vnútorné pole oslabené.

Veľkosť napätia je ovplyvnená:

• sila prúdu prechádzajúceho cievkou;

• počet a hustota vinutí, ktoré určujú axiálnu dĺžku cievky.

Vyššie prúdy zvyšujú magnetomotorickú silu. Taktiež v dvoch cievkach s rovnakým počtom závitov, ale rozdielnou hustotou vinutia, keď preteká rovnaký prúd, bude táto sila vyššia tam, kde sú závity bližšie.

Elektrické a magnetické polia majú teda určité rozdiely, ale sú to vzájomne prepojené zložky jednej spoločnej veci, elektromagnetickej.