Polia nabitých častíc, elektromagnetické a elektrostatické polia a ich zložky
Častice a polia sú dva druhy hmoty. Charakteristickým znakom interakcie častíc je, že neprebieha v ich priamom kontakte, ale v určitej vzdialenosti medzi nimi.
Je to spôsobené tým, že častice súvisia s poľom, ktoré ich obklopuje a určuje interakciu medzi nimi. Častice teda interagujú prostredníctvom svojich polí.
Polia sú rozložené v priestore, na rozdiel od diskrétnych častíc, nepretržite. Niektoré interakcie sú duálneho charakteru. Takže napríklad elektromagnetické pole šíriace sa priestorom vo forme vĺn je detekované súčasne vo forme diskrétnych častíc - fotónov.
V prírode existujú polia rôznych typov: gravitačné (gravitačné), magnetostatické, elektrostatické, jadrové atď. Každé pole sa vyznačuje charakteristickými, inherentnými vlastnosťami.
Medzi dvoma druhmi hmoty — časticami a poľami — existuje vnútorná súvislosť, ktorá sa prejavuje predovšetkým v tom, že akákoľvek zmena stavu častíc sa priamo odráža v poli (a naopak, akákoľvek zmena poľa ovplyvňuje častice ), ako aj za prítomnosti všeobecných vlastností: hmotnosť, energia, hybnosť alebo hybnosť atď.
Častice sa tiež môžu zmeniť na pole a pole na rovnaké častice. To všetko ukazuje, že hmota a pole sú dva druhy hmoty.
Okrem toho existuje rozdiel medzi poľami a časticami, čo nám umožňuje považovať ich za rôzne typy hmoty.
Tento rozdiel spočíva v tom, že elementárne častice sú diskrétne a zaberajú určitý objem, sú nepriepustné pre iné častice: rovnaký objem nemôžu zaberať rôzne telesá a častice. Polia sú súvislé a majú vysokú priepustnosť: polia rôznych typov môžu byť umiestnené súčasne v rovnakom objeme priestoru.
Častice a telesá sa môžu pohybovať v priestore pod vplyvom vonkajších síl, zrýchlené alebo spomalené, to znamená, že rýchlosť pohybu častíc v priestore môže byť rôzna. Polia sa šíria priestorom rovnakou rýchlosťou, napríklad vo vákuu – rýchlosťou rovnajúcou sa rýchlosti svetla.
Keďže častice a polia spolu úzko súvisia a tvoria celok, nie je možné stanoviť presnú hranicu medzi časticou a jej poľom v priestore.
Je však možné špecifikovať veľmi malú oblasť priestoru, v ktorej sa prejavujú vlastnosti diskrétnej častice. V tomto zmysle je podmienene možné určiť rozmery elementárne častice… V priestore mimo špecifikovanej oblasti možno predpokladať, že existuje iba pole spojené s elementárnou časticou.
Elektromagnetické pole a jeho zložky
V elektrotechnike sa uvažuje o poli, ktoré je spôsobené pohybom nosných častíc elektrické náboje… Takéto pole sa nazýva elektromagnetické. Javy spojené so šírením tohto poľa sa nazývajú elektromagnetické javy.
Elektróny cirkulujúce v atóme okolo jadra interagujú s protónmi prostredníctvom elektrického poľa, pričom zároveň je ich pohyb ekvivalentný elektrickému prúdu, ktorý, ako ukazuje skúsenosť, je vždy spojený s prítomnosťou magnetického poľa.
Preto pole, prostredníctvom ktorého navzájom interagujú elementárne častice atómu, teda elektromagnetické pole, pozostáva z dvoch polí: elektrického a magnetického. Tieto polia sú vzájomne prepojené a navzájom neoddeliteľné.
Navonok sa makroskopické elektromagnetické pole prejavuje v niektorých prípadoch vo forme stacionárneho poľa a v iných prípadoch vo forme striedavého poľa.
V stacionárnom stave atómov danej látky tak elektrické pole (v tomto prípade je pole v atómoch úplne spojené s rovnakými nábojmi rôznych znakov), ako aj magnetické pole (v dôsledku chaotickej orientácie dráh elektrónov) v vonkajší priestor nie je detekovaný.
Ak sa však naruší rovnováha v atóme (vznikne ión, riadený pohyb sa superponuje na chaotický pohyb, elementárne prúdy magnetických látok sú orientované jedným smerom a pod.), tak mimo tejto látky možno pole detegovať.Okrem toho, ak sa špecifikovaný stav zachová nezmenený, potom majú charakteristiky poľa hodnotu, ktorá je v čase konštantná. Takéto pole sa nazýva stacionárne pole.
Stacionárne pole sa pri makroskopickom vyšetrení v mnohých prípadoch vyskytuje len vo forme jednej zložky: buď vo forme elektrického poľa (napríklad pole stacionárnych nabitých telies), alebo vo forme magnetického poľa (napr. napríklad pole permanentných magnetov).
Zložky stacionárneho elektromagnetického poľa sú neoddeliteľné od pohybujúcich sa nabitých častíc: elektrická zložka je spojená s elektrickými nábojmi a magnetická zložka sprevádza (obklopuje) pohybujúce sa nabité častice.
Premenlivé elektromagnetické pole vzniká ako výsledok meniaceho sa alebo kmitavého pohybu nabitých častíc, systémov alebo zložiek stacionárnych polí. Charakteristické pre takéto vysokofrekvenčné pole je, že po svojom vzniku (po vyžiarení zo zdroja) sa od zdroja oddelí a vo forme vĺn sa dostáva do prostredia.
Elektrická zložka tohto poľa existuje vo voľnom stave, oddelená od hmotných častíc a má vírový charakter. Rovnaké pole je magnetická zložka: existuje aj vo voľnom stave, ktorý nie je spojený s pohyblivými nábojmi (alebo elektrickým prúdom). Obe polia však predstavujú neoddeliteľný celok a v procese pohybu v priestore sa navzájom neustále premieňajú.
Premenlivé elektromagnetické pole sa zisťuje dopadom na častice a systémy nachádzajúce sa v dráhe jeho šírenia, ktoré možno uviesť do kmitavého pohybu, ako aj pomocou zariadení, ktoré premieňajú energiu elektromagnetického poľa na energiu iného typu. (napríklad tepelný) .
Špeciálnym prípadom je pôsobenie tohto poľa na zrakové orgány živých bytostí (svetlo sú elektromagnetické vlny).
Zložky elektromagnetického poľa — elektrické a magnetické polia boli objavené a študované pred elektromagnetickým poľom a nezávisle od seba: potom medzi nimi nebolo objavené žiadne spojenie. To viedlo k tomu, že obe oblasti boli považované za nezávislé.
Teoretické úvahy, potom potvrdené experimentom, ukazujú, že medzi elektrickým a magnetickým poľom existuje nerozlučné spojenie a každý elektrický alebo magnetický jav sa vždy ukáže ako elektromagnetický.
Pozri tiež: Elektrické a magnetické pole: Aké sú rozdiely?
Elektrostatické pole
Vo vákuu alebo v dielektrickom prostredí okolo izolovaných telies, ktoré sú voči pozorovateľovi stacionárne, sa deteguje iba elektrické pole s prebytkom nezmenených v priestore a čase (v makroskopickom zmysle) elektrických nábojov rovnakého znamienka získaného počas ionizácie atómov ( v dôsledku elektrifikačného vzhľadu - Elektrifikácia telies, interakcia nábojov).Takéto pole sa nazýva elektrostatické.
Elektrostatické pole je druh stacionárneho elektrického poľa a líši sa od neho tým, že elementárne nabité častice, ktoré spôsobujú elektrostatické pole, sú iba v chaotickom pohybe, zatiaľ čo stacionárne pole je určené usmerneným pohybom elektrónov superponovaných na chaotický pohyb.
V tomto poli je stálosť charakteristík spôsobená nepretržitou reprodukciou rozloženia nábojov v poli (rovnovážny proces).
V elektrostatickom poli je všeobecné pôsobenie veľkého počtu jedinečne nabitých častíc v nepretržitom chaotickom pohybe v rôznych smeroch vnímané mimo nabitého telesa ako pole s elektrickým nábojom rovnakého znamienka, ktoré sa v čase nemení.
Vplyv magnetickej zložky v elektrostatickom poli je v dôsledku chaotického pohybu nosičov náboja vo vesmíre vzájomne neutralizovaný a preto nie je detekovaný.
Charakteristickým znakom elektrostatického poľa je prítomnosť zdrojových a drenážnych telies, ktoré dostávajú nadmerné náboje rôznych znakov (telesá, z ktorých toto pole zrejme prúdi a do ktorých prúdi).
Elektrostatické pole a elektrifikované telesá, ktoré sú zdrojmi a záchytmi poľa, sú od seba neoddeliteľné a predstavujú jednu fyzickú entitu.
V tomto sa elektrostatické pole líši od elektrickej zložky striedavého elektromagnetického poľa, ktoré existujúci vo voľnom stave má vírový charakter, nemá zdroj a odtok.
Na udržanie tohto stavu elektrostatického poľa sa nevynakladá žiadna energia. Je to potrebné iba vtedy, keď je toto pole vytvorené (potrebuje energiu na nepretržité vyžarovanie elektromagnetického poľa).
Elektrostatické pole možno detegovať mechanickou silou pôsobiacou na stacionárne nabité telesá umiestnené v tomto poli, ako aj indukovaním alebo usmerňovaním elektrostatických nábojov na stacionárne kovové telesá a polarizáciou stacionárnych dielektrických telies umiestnených v tomto poli.
Pozri tiež: