Pole elektryczne i magnetyczne: jakie są różnice?

Termin „pole” w języku rosyjskim oznacza bardzo duży obszar o jednolitym składzie, na przykład pszenicę lub ziemniaka.

W fizyce i elektrotechnice używa się go do opisu różnych rodzajów materii, np. elektromagnetycznej, składającej się z komponentów elektrycznych i magnetycznych.

Ładunek elektryczny jest związany z tymi formami materii. Kiedy jest nieruchomy, wokół niego zawsze jest pole elektryczne, a kiedy się porusza, powstaje również pole magnetyczne.

Ludzka idea natury pola elektrycznego (a dokładniej elektrostatycznego) powstaje na podstawie eksperymentalnych badań jego właściwości, ponieważ wciąż nie ma innej metody badań. Dzięki tej metodzie stwierdzono, że działa ona na poruszające się i/lub nieruchome ładunki elektryczne z określoną siłą. Mierząc jego wartość, ocenia się główne cechy operacyjne.

Pole elektryczne

Utworzony:

• wokół ładunków elektrycznych (ciał lub cząstek);

• ze zmianami pola magnetycznego, jakie występują podczas ruchu fale elektromagnetyczne. 

Jest przedstawiony za pomocą linii sił, które zwykle są przedstawiane jako emanujące z ładunków dodatnich i kończące się ładunkami ujemnymi. Ładunki są zatem źródłami pola elektrycznego. Działając na nich możesz:

• identyfikacja obecności pola;

• wprowadź skalibrowaną wartość, aby zmierzyć jej wartość.

Do praktycznego zastosowania, charakterystyczne dla mocy jest tzw. napięcie, które jest szacowane przez działanie na pojedynczy ładunek o znaku dodatnim.

Pole magnetyczne

działa na:

• ciała elektryczne i ładunki w ruchu z określonym wysiłkiem;

• momenty magnetyczne bez uwzględnienia stanów ich ruchu.

Pole magnetyczne powstaje:

• przepływ prądu naładowanych cząstek;

• sumując momenty magnetyczne elektronów wewnątrz atomów lub innych cząstek;

• z chwilową zmianą pola elektrycznego.

Jest również przedstawiony za pomocą linii sił, ale są one zamknięte wzdłuż konturu, nie mają początku i końca, w przeciwieństwie do elektrycznych.

Oddziaływanie pól elektrycznych i magnetycznych

Pierwszego teoretycznego i matematycznego uzasadnienia procesów zachodzących w polu elektromagnetycznym dokonał James Clerk Maxwell. Przedstawił układ równań postaci różniczkowych i całkowych, w których wykazał zależność pola elektromagnetycznego od ładunków elektrycznych i prądów płynących w ośrodkach ciągłych lub próżni.

W swojej pracy posługuje się prawami:

• Ampery, opisujące przepływ prądu przez drut i powstawanie wokół niego indukcji magnetycznej;

• Faradaya, wyjaśniając występowanie prądu elektrycznego z działania zmiennego pola magnetycznego na zamknięty przewodnik.

Prace Maxwella określiły precyzyjne zależności między przejawami pól elektrycznych i magnetycznych w zależności od ładunków rozłożonych w przestrzeni.

Od publikacji prac Maxwella minęło dużo czasu. Naukowcy nieustannie badają przejawy eksperymentalnych faktów między polami elektrycznymi i magnetycznymi, ale nawet teraz trudno jest ustalić ich naturę. Wyniki ograniczają się do czysto praktycznych zastosowań rozważanych zjawisk.

Tłumaczy się to tym, że przy naszym poziomie wiedzy możemy tylko budować hipotezy, bo na razie możemy tylko coś zakładać.W końcu przyroda ma niewyczerpalne właściwości, które trzeba jeszcze dużo i długo badać.

Charakterystyki porównawcze pól elektrycznych i magnetycznych

Źródła edukacji

Wzajemny związek między polami elektryczności i magnetyzmu pomaga zrozumieć oczywisty fakt: nie są one izolowane, ale połączone, ale mogą manifestować się na różne sposoby, reprezentując jedną całość - pole elektromagnetyczne.

Jeśli wyobrazimy sobie, że z przestrzeni kosmicznej w pewnym punkcie, który jest nieruchomy względem powierzchni Ziemi, powstaje niejednorodne pole ładunku elektrycznego, to wyznaczenie otaczającego go pola magnetycznego w spoczynku nie będzie działać.

Jeśli obserwator zacznie się poruszać względem tego ładunku, to pole zacznie się zmieniać w czasie, a składowa elektryczna utworzy już składową magnetyczną, którą stały badacz może zobaczyć swoimi przyrządami pomiarowymi.

Podobnie zjawiska te wystąpią, gdy nieruchomy magnes zostanie umieszczony na jakiejś powierzchni, tworząc pole magnetyczne. Kiedy obserwator zacznie się do niego zbliżać, wykryje pojawienie się prądu elektrycznego.Proces ten opisuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Nie ma więc większego sensu twierdzenie, że w rozważanym punkcie przestrzeni występuje tylko jedno z dwóch pól: elektryczne lub magnetyczne. To pytanie należy zadać w odniesieniu do układu odniesienia:

• stacjonarny;

• Ruchomy.

Innymi słowy, układ odniesienia wpływa na manifestację pól elektrycznych i magnetycznych w taki sam sposób, jak oglądanie krajobrazów przez filtry o różnych odcieniach. Zmiana koloru szkła wpływa na nasze postrzeganie ogólnego obrazu, ale nawet jeśli weźmiemy za podstawę naturalne światło, które powstaje w wyniku przejścia światła słonecznego przez atmosferę powietrza, nie da to prawdziwego obrazu jako całości, zniekształci to.

Oznacza to, że układ odniesienia jest jednym ze sposobów badania pola elektromagnetycznego, umożliwia ocenę jego właściwości, konfiguracji. Ale to nie ma znaczenia.

Wskaźniki pola elektromagnetycznego

Pole elektryczne

Ciała naładowane elektrycznie służą jako wskaźniki pokazujące obecność pola w określonym miejscu w przestrzeni. Mogą używać naelektryzowanych małych kawałków papieru, piłek, rękawów, „sułtanów”, aby obserwować komponent elektryczny.

Rozważmy przykład, w którym dwie kulki wskaźnikowe są umieszczone w swobodnym zawieszeniu po obu stronach płaskiego naelektryzowanego dielektryka. Będą równie przyciągane do jego powierzchni i będą rozciągać się w linii.

W drugim etapie między jedną z kul a naelektryzowanym dielektrykiem umieszczamy płaską metalową płytkę. Nie zmieni to sił działających na wskaźniki. Kule nie zmienią swojego położenia.

Trzeci etap eksperymentu związany jest z uziemieniem blachy. Gdy tylko to nastąpi, kulka wskaźnika znajdująca się między naelektryzowanym dielektrykiem a uziemionym metalem zmieni swoje położenie, zmieniając kierunek na pionowy. Przestanie być przyciągany do płyty i będzie podlegał jedynie siłom grawitacyjnym grawitacji.

To doświadczenie pokazuje, że uziemione metalowe ekrany blokują propagację linii pola elektrycznego.

Pole magnetyczne

W takim przypadku wskaźnikami mogą być:

• opiłki stali;

• zamknięta pętla, przez którą przepływa prąd elektryczny;

• igła magnetyczna (przykład kompasu).

Najbardziej rozpowszechniona jest zasada rozkładu wiórów stalowych wzdłuż magnetycznych linii sił. Obejmuje to również działanie igły magnetycznej, która w celu zmniejszenia przeciwstawności sił tarcia jest zamocowana na ostrym czubku i dzięki temu uzyskuje dodatkową swobodę obrotu.

Prawa opisujące oddziaływania pól z ciałami naładowanymi

Pola elektryczne

Eksperymentalna praca Coulomba, przeprowadzona z ładunkami punktowymi zawieszonymi na cienkiej i długiej nitce kwarcu, posłużyła do wyjaśnienia obrazu procesów zachodzących w polach elektrycznych.

Kiedy zbliżyła się do nich naładowana piłka, ta ostatnia wpłynęła na ich pozycję, zmuszając ich do odchylenia się o określoną wartość. Ta wartość jest ustalona na tarczy skali specjalnie zaprojektowanego urządzenia.

W ten sposób siły wzajemnego oddziaływania między ładunkami elektrycznymi, tzw oddziaływanie elektryczne, kulombowskie…Opisane są wzorami matematycznymi, które pozwalają na wstępne obliczenia projektowanych urządzeń.

Pola magnetyczne

Tutaj działa dobrze Prawo Ampere'a oparty na oddziaływaniu przewodnika z prądem umieszczonego wewnątrz magnetycznych linii sił.

Reguła wykorzystująca układ palców lewej ręki dotyczy kierunku siły działającej na przewód z prądem. Cztery połączone ze sobą palce muszą być ustawione zgodnie z kierunkiem prądu, a linie sił pola magnetycznego muszą wchodzić w dłoń. Wtedy wystający kciuk wskaże kierunek pożądanej siły.

Grafika lotu

Linie sił służą do ich wskazania w płaszczyźnie rysunku.

Pola elektryczne

Aby wskazać linie naprężeń w tej sytuacji, stosuje się pole potencjalne, gdy obecne są ładunki stacjonarne. Linia siły wychodzi z ładunku dodatniego i biegnie do ujemnego.

Przykładem modelowania pola elektrycznego jest wariant umieszczenia kryształów chininy w oleju. Bardziej nowoczesną metodą jest wykorzystanie programów komputerowych grafików.

Pozwalają tworzyć obrazy powierzchni ekwipotencjalnych, szacować wartości liczbowe pola elektrycznego oraz analizować różne sytuacje.

Pola magnetyczne

Aby uzyskać większą przejrzystość wyświetlania, wykorzystują linie charakterystyczne dla pola wirowego po zamknięciu przez pętlę. Powyższy przykład z pilnikami stalowymi wyraźnie ilustruje to zjawisko.

Charakterystyka mocy

Zwyczajowo wyraża się je jako wielkości wektorowe mające:

• określony kierunek działań;

• wartość siły obliczona za pomocą odpowiedniego wzoru.

Pola elektryczne

Wektor natężenia pola elektrycznego przy jednostkowym ładunku można przedstawić w postaci trójwymiarowego obrazu.

Jego wielkość:

• skierowany z dala od centrum ładunku;

• ma wymiar zależny od metody obliczeń;

• jest określony przez działanie bezkontaktowe, to znaczy na odległość, jako stosunek siły działającej do ładunku.

Pola magnetyczne

Napięcie powstające w cewce można zobaczyć jako przykład na poniższym rysunku.

Linie sił magnetycznych w nim z każdego obrotu na zewnątrz mają ten sam kierunek i sumują się. Wewnątrz przestrzeni od zakrętu do zakrętu są one skierowane przeciwnie. Z tego powodu pole wewnętrzne jest osłabione.

Na wielkość napięcia mają wpływ:

• siła prądu przepływającego przez cewkę;

• liczba i gęstość zwojów, które określają długość osiową cewki.

Wyższe prądy zwiększają siłę magnetomotoryczną. Również w przypadku dwóch cewek o tej samej liczbie zwojów, ale różnych gęstościach uzwojeń, gdy płynie ten sam prąd, siła ta będzie większa, gdy zwoje są bliżej siebie.

Zatem pola elektryczne i magnetyczne mają określone różnice, ale są wzajemnie połączonymi składnikami jednej wspólnej rzeczy, elektromagnetycznej.