Pola cząstek naładowanych, pola elektromagnetyczne i elektrostatyczne oraz ich składowe
Cząstki i pola to dwa rodzaje materii. Cechą charakterystyczną oddziaływania cząstek jest to, że odbywa się ono nie w ich bezpośrednim kontakcie, ale w pewnej odległości między nimi.
Wynika to z faktu, że cząstki są powiązane z polem, które je otacza i determinuje interakcję między nimi. W ten sposób cząstki oddziałują poprzez swoje pola.
Pola są rozmieszczone w przestrzeni, w przeciwieństwie do dyskretnych cząstek, w sposób ciągły. Niektóre interakcje mają charakter dwoisty. Na przykład pole elektromagnetyczne rozchodzące się w przestrzeni w postaci fal jest wykrywane jednocześnie w postaci dyskretnych cząstek - fotonów.
W przyrodzie występują pola różnego rodzaju: grawitacyjne (grawitacyjne), magnetostatyczne, elektrostatyczne, jądrowe itp. Każda dziedzina charakteryzuje się charakterystycznymi, nieodłącznymi właściwościami.
Pomiędzy dwoma rodzajami materii — cząstkami i polami — istnieje wewnętrzny związek, który przejawia się przede wszystkim w tym, że każda zmiana stanu cząstek odbija się bezpośrednio w polu (i odwrotnie, każda zmiana pola wpływa na cząstki). ), a także w obecności ogólnych właściwości: masy, energii, pędu lub pędu itp.
Ponadto cząstki mogą zamienić się w pole, a pole w te same cząstki. Wszystko to pokazuje, że materia i pole to dwa rodzaje materii.
Ponadto istnieje różnica między polami a cząstkami, co pozwala nam uważać je za różne rodzaje materii.
Ta różnica polega na tym, że cząstki elementarne są dyskretne i zajmują określoną objętość, są nieprzepuszczalne dla innych cząstek: tej samej objętości nie mogą zajmować różne ciała i cząstki. Pola są ciągłe i mają wysoką przepuszczalność: pola różnych typów mogą znajdować się jednocześnie w tej samej objętości przestrzeni.
Cząstki i ciała mogą poruszać się w przestrzeni pod wpływem sił zewnętrznych, przyspieszanych lub zwalnianych, to znaczy prędkość ruchu cząstek w przestrzeni może być różna. Pola rozchodzą się w przestrzeni z tą samą prędkością, np. w próżni - z prędkością równą prędkości światła.
Ponieważ cząstki i pola są ze sobą ściśle powiązane i stanowią całość, niemożliwe jest ustalenie dokładnej granicy między cząstką a jej polem w przestrzeni.
Jednak możliwe jest określenie bardzo małego obszaru przestrzeni, w którym przejawiają się właściwości dyskretnej cząstki. W tym sensie warunkowo możliwe jest określenie wymiarów cząstki elementarne… W przestrzeni poza określonym obszarem można założyć, że istnieje tylko pole związane z cząstką elementarną.
Pole elektromagnetyczne i jego składowe
W elektrotechnice rozważa się pole, które jest spowodowane ruchem cząstek przenoszących ładunki elektryczne… Takie pole nazywamy elektromagnetycznym. Zjawiska związane z propagacją tego pola nazywane są zjawiskami elektromagnetycznymi.
Elektrony krążące w atomie wokół jądra oddziałują z protonami poprzez pole elektryczne, a jednocześnie ich ruch jest równoważny prądowi elektrycznemu, co jak pokazuje doświadczenie, zawsze wiąże się z obecnością pola magnetycznego.
Dlatego pole, przez które cząstki elementarne atomu oddziałują na siebie, czyli pole elektromagnetyczne, składa się z dwóch pól: elektrycznego i magnetycznego. Pola te są ze sobą powiązane i nierozłączne.
Zewnętrznie pole elektromagnetyczne w badaniu makroskopowym objawia się w niektórych przypadkach w postaci pola stacjonarnego, aw innych w postaci pola zmiennego.
W stanie stacjonarnym atomów danej substancji zarówno pole elektryczne (w tym przypadku pole w atomach jest całkowicie związane z równymi ładunkami o różnych znakach), jak i pole magnetyczne (ze względu na chaotyczną orientację orbit elektronów) w przestrzeń kosmiczna nie jest wykrywana.
Jeśli jednak równowaga w atomie zostanie zakłócona (powstaje jon, ruch skierowany nakłada się na ruch chaotyczny, elementarne prądy substancji magnetycznych są zorientowane w jednym kierunku itp.), to na zewnątrz tej substancji można wykryć pole.Dodatkowo, jeśli określony stan jest utrzymywany bez zmian, to charakterystyki pola mają wartość stałą w czasie. Pole takie nazywamy polem stacjonarnym.
Pole stacjonarne podczas badania makroskopowego w wielu przypadkach występuje w postaci tylko jednej składowej: albo w postaci pola elektrycznego (na przykład pole nieruchomych ciał naładowanych), albo w postaci pola magnetycznego (np. przykład pole magnesów trwałych).
Składowe stacjonarnego pola elektromagnetycznego są nierozerwalnie związane z poruszającymi się naładowanymi cząstkami: składowa elektryczna jest związana z ładunkami elektrycznymi, a składowa magnetyczna towarzyszy (otacza) poruszające się naładowane cząstki.
Zmienne pole elektromagnetyczne powstaje w wyniku zmiennego lub oscylacyjnego ruchu naładowanych cząstek, układów lub składników pól stacjonarnych. Cechą charakterystyczną takiego pola o wysokiej częstotliwości jest to, że po powstaniu (po wyemitowaniu ze źródła) zostaje ono oddzielone od źródła i przedostaje się do otoczenia w postaci fal.
Składowa elektryczna tego pola występuje w stanie swobodnym, oddzielona od cząstek materiału i ma charakter wirowy. To samo pole jest składową magnetyczną: istnieje również w stanie wolnym, niezwiązanym z poruszającymi się ładunkami (lub prądem elektrycznym). Jednak obie dziedziny stanowią nierozerwalną całość iw procesie przemieszczania się w przestrzeni nieustannie przekształcają się w siebie.
Zmienne pole elektromagnetyczne jest wykrywane poprzez oddziaływanie na cząstki i układy znajdujące się na drodze jego propagacji, które można wprawić w ruch oscylacyjny, a także za pomocą urządzeń przetwarzających energię pola elektromagnetycznego na energię innego rodzaju (na przykład termiczny).
Szczególnym przypadkiem jest działanie tego pola na narządy wzroku istot żywych (światło to fale elektromagnetyczne).
Składowe pola elektromagnetycznego — pola elektryczne i magnetyczne zostały odkryte i zbadane przed polem elektromagnetycznym i niezależnie od siebie: nie odkryto wtedy żadnego związku między nimi. Doprowadziło to do tego, że oba obszary uznano za niezależne.
Rozważania teoretyczne, następnie potwierdzone eksperymentalnie, pokazują, że istnieje nierozerwalny związek między polami elektrycznymi i magnetycznymi, a każde zjawisko elektryczne lub magnetyczne zawsze okazuje się być elektromagnetyczne.
Zobacz też: Pole elektryczne i magnetyczne: jakie są różnice?
Pole elektrostatyczne
Tylko pole elektryczne jest wykrywane w próżni lub ośrodku dielektrycznym wokół izolowanych ciał, które są nieruchome względem obserwatora z nadmiarem niezmienionym w przestrzeni i czasie (w sensie makroskopowym) ładunków elektrycznych tego samego znaku uzyskanych podczas jonizacji atomów ( w wyniku elektryfikacji spojrzenia - Elektryfikacja ciał, oddziaływanie ładunków).Takie pole nazywamy elektrostatycznym.
Pole elektrostatyczne jest rodzajem stacjonarnego pola elektrycznego i różni się od niego tym, że elementarnie naładowane cząstki, które powodują pole elektrostatyczne, znajdują się tylko w ruchu chaotycznym, podczas gdy pole stacjonarne jest określone przez ukierunkowany ruch elektronów nałożony na ruch chaotyczny.
W tym polu stałość charakterystyk wynika z ciągłego odtwarzania rozkładu ładunków w polu (proces równowagi).
W polu elektrostatycznym ogólne działanie dużej liczby jednoznacznie naładowanych cząstek w ciągłym chaotycznym ruchu w różnych kierunkach jest postrzegane poza naładowanym ciałem jako pole o ładunku elektrycznym tego samego znaku, który nie zmienia się w czasie.
Wpływ składowej magnetycznej w polu elektrostatycznym jest wzajemnie neutralizowany z powodu chaotycznego ruchu nośników ładunku w przestrzeni kosmicznej i dlatego nie jest wykrywany.
Charakterystyczną cechą pola elektrostatycznego jest obecność ciał źródłowych i drenujących, którym nadawane są nadwyżki ładunków o różnych znakach (ciała, z których to pole wydaje się wypływać i do których wpływa).
Pole elektrostatyczne i naelektryzowane ciała, które są źródłami i pochłaniaczami pola, są od siebie nierozłączne, reprezentując jeden byt fizyczny.
Tym różni się pole elektrostatyczne od składowej elektrycznej zmiennego pola elektromagnetycznego, które istniejące w stanie swobodnym ma charakter wirowy, nie ma źródła ani drenażu.
Żadna energia nie jest wydatkowana na utrzymanie tego stanu pola elektrostatycznego. Jest to konieczne tylko wtedy, gdy to pole jest ustanowione (ciągłe emitowanie pola elektromagnetycznego wymaga energii).
Pole elektrostatyczne można wykryć poprzez siłę mechaniczną działającą na nieruchome naładowane ciała umieszczone w tym polu, jak również poprzez indukowanie lub kierowanie ładunków elektrostatycznych na nieruchome ciała metalowe oraz polaryzację nieruchomych ciał dielektrycznych umieszczonych w tym polu.
Zobacz też:
Charakterystyka pola elektrycznego