Elektrisk og magnetisk felt: Hvad er forskellene?

Udtrykket "mark" på russisk betyder et meget stort område med ensartet sammensætning, for eksempel hvede eller kartoffel.

I fysik og elektroteknik bruges det til at beskrive forskellige typer stof, for eksempel elektromagnetisk, bestående af elektriske og magnetiske komponenter.

Elektrisk ladning er forbundet med disse former for stof. Når den er stationær, er der altid et elektrisk felt omkring den, og når den bevæger sig, dannes der også et magnetfelt.

Menneskets idé om arten af ​​det elektriske (mere præcist, elektrostatisk) felt er dannet på grundlag af eksperimentelle undersøgelser af dets egenskaber, da der stadig ikke er nogen anden forskningsmetode. Med denne metode blev det fundet, at den virker på bevægelige og/eller stationære elektriske ladninger med en vis kraft. Ved at måle dens værdi evalueres de vigtigste operationelle egenskaber.

Elektrisk felt

Dannet:

• omkring elektriske ladninger (legemer eller partikler);

• med ændringer i magnetfeltet, som opstår under bevægelse elektromagnetiske bølger. 

Det er afbildet med kraftlinjer, som normalt vises som hidrørende fra positive ladninger og afsluttes med negative. Ladninger er således kilder til elektriske felter. Ved at handle på dem kan du:

• identifikation af tilstedeværelsen af ​​et felt;

• indtast en kalibreret værdi for at måle dens værdi.

Til praktisk brug, effektkarakteristisk såkaldt spænding, som estimeres af handlingen på en enkelt ladning med et positivt fortegn.

Magnetfelt

Handler på:

• elektriske legemer og ladninger i bevægelse med en bestemt indsats;

• magnetiske momenter uden at overveje deres bevægelsestilstande.

Magnetfeltet dannes:

• passage af en strøm af ladede partikler;

• ved at summere de magnetiske momenter af elektroner inde i atomer eller andre partikler;

• med en midlertidig ændring i det elektriske felt.

Det er også afbildet med kraftlinjer, men de er lukket langs konturen, de har ikke en begyndelse og en ende i modsætning til elektriske.

Interaktion mellem elektriske og magnetiske felter

Den første teoretiske og matematiske begrundelse af de processer, der finder sted i det elektromagnetiske felt, blev udført af James Clerk Maxwell. Han præsenterede et system af ligninger af differential- og integralformer, hvori han viste forholdet mellem det elektromagnetiske felt og elektriske ladninger og strømme, der flyder i kontinuerlige medier eller vakuum.

I sit arbejde bruger han lovene:

• Ampere, der beskriver strømmen af ​​strøm gennem en ledning og skabelsen af ​​magnetisk induktion omkring den;

• Faraday, der forklarer forekomsten af ​​en elektrisk strøm fra virkningen af ​​et vekslende magnetfelt på en lukket leder.

Maxwells værker bestemte de præcise forhold mellem manifestationerne af elektriske og magnetiske felter afhængigt af ladningerne fordelt i rummet.

Der er gået lang tid siden udgivelsen af ​​Maxwells værker. Forskere studerer konstant manifestationerne af eksperimentelle fakta mellem elektriske og magnetiske felter, men selv nu er det svært at fastslå deres natur. Resultaterne er begrænset til rent praktiske anvendelser af de undersøgte fænomener.

Dette forklares med, at vi med vores vidensniveau kun kan opbygge hypoteser, da vi indtil videre kun kan antage noget. Naturen har trods alt uudtømmelige egenskaber, som stadig skal studeres meget og længe.

Sammenlignende karakteristika af elektriske og magnetiske felter

Uddannelseskilder

Det gensidige forhold mellem felterne elektricitet og magnetisme hjælper med at forstå det åbenlyse faktum: de er ikke isolerede, men forbundet, men de kan manifestere sig på forskellige måder, der repræsenterer en enkelt enhed - et elektromagnetisk felt.

Hvis vi forestiller os, at der på et tidspunkt skabes et inhomogent felt af elektrisk ladning fra rummet, som er stationært i forhold til Jordens overflade, så vil det ikke fungere at bestemme magnetfeltet omkring den i hvile.

Hvis observatøren begynder at bevæge sig i forhold til denne ladning, så vil feltet begynde at ændre sig med tiden, og den elektriske komponent vil allerede danne en magnetisk, som den permanente forsker kan se med sine måleinstrumenter.

Tilsvarende vil disse fænomener opstå, når en stationær magnet placeres på en overflade, hvilket skaber et magnetfelt. Når observatøren begynder at bevæge sig hen imod det, vil han opdage udseendet af en elektrisk strøm.Denne proces beskriver fænomenet elektromagnetisk induktion.

Derfor giver det ikke meget mening at sige, at der på det betragtede punkt i rummet kun er et af to felter: elektrisk eller magnetisk. Dette spørgsmål skal stilles i forhold til referencerammen:

• stationær;

• Bevægelig.

Referencerammen påvirker med andre ord manifestationen af ​​elektriske og magnetiske felter på samme måde som at se landskaber gennem filtre af forskellige nuancer. Ændringen i glassets farve påvirker vores opfattelse af det samlede billede, men selvom vi tager udgangspunkt i det naturlige lys, der skabes ved sollysets passage gennem luftatmosfæren, vil det ikke give det sande billede som helhed, det vil forvrænge det.

Dette betyder, at referencerammen er en af ​​måderne at studere det elektromagnetiske felt på, det gør det muligt at vurdere dets egenskaber, konfiguration. Men det betyder ikke rigtig noget.

Elektromagnetiske feltindikatorer

Elektrisk felt

Elektrisk ladede legemer bruges som indikatorer, der viser tilstedeværelsen af ​​et felt på et bestemt sted i rummet. De kan bruge elektrificerede små stykker papir, bolde, ærmer, "sultaner" til at observere den elektriske komponent.

Lad os overveje et eksempel, hvor to indikatorkugler er placeret i fri suspension på hver side af et fladt elektrificeret dielektrikum. De vil være lige så tiltrukket af dens overflade og vil strække sig i en linje.

I anden fase placerer vi en flad metalplade mellem en af ​​kuglerne og et elektrificeret dielektrikum. Dette vil ikke ændre de kræfter, der virker på indikatorerne. Boldene vil ikke ændre deres position.

Den tredje fase af eksperimentet er relateret til jordingen af ​​metalpladen. Så snart dette sker, vil indikatorkuglen, der er placeret mellem det elektrificerede dielektrikum og det jordede metal, ændre sin position og ændre dens retning til lodret. Det vil ophøre med at blive tiltrukket af pladen og vil kun være underlagt tyngdekraftens tyngdekraft.

Denne erfaring viser, at jordede metalskærme blokerer for udbredelsen af ​​elektriske feltlinjer.

Magnetfelt

I dette tilfælde kan indikatorerne være:

• stålspåner;

• en lukket sløjfe, gennem hvilken en elektrisk strøm løber;

• magnetisk nål (eksempel på kompas).

Princippet om fordeling af stålspåner langs magnetiske kraftlinjer er det mest udbredte. Den er også inkluderet i betjeningen af ​​den magnetiske nål, som for at reducere modsætningen af ​​friktionskræfter er fikseret på et skarpt punkt og dermed får yderligere rotationsfrihed.

Love, der beskriver interaktioner mellem felter og ladede kroppe

Elektriske felter

Coulombs eksperimentelle arbejde, udført med punktladninger suspenderet på en tynd og lang tråd af kvarts, tjente til at tydeliggøre billedet af de processer, der finder sted i elektriske felter.

Når en ladet bold blev bragt i nærheden af ​​dem, påvirkede sidstnævnte deres position og tvang dem til at afvige et vist beløb. Denne værdi er fastsat på skalaen på en specialdesignet enhed.

På denne måde vil kræfterne til gensidig handling mellem elektriske ladninger, de såkaldte elektrisk, Coulomb interaktion… De er beskrevet af matematiske formler, der tillader foreløbige beregninger af de designede enheder.

Magnetiske felter

Det fungerer fint her Amperes lov baseret på samspillet mellem en strømførende leder placeret inde i de magnetiske kraftlinjer.

En regel, der anvender arrangementet af venstre hånds fingre, gælder for retningen af ​​kraften, der virker på den strømførende ledning. De fire fingre, der er sat sammen, skal placeres i strømmens retning, og magnetfeltets kraftlinjer skal ind i håndfladen. Så vil den udragende tommelfinger angive retningen af ​​den ønskede kraft.

Fly grafik

Kraftlinjer bruges til at angive dem i tegningens plan.

Elektriske felter

For at angive spændingslinjer i denne situation bruges et potentielt felt, når stationære ladninger er til stede. Kraftlinjen kommer ud af den positive ladning og går til den negative.

Et eksempel på elektrisk feltmodellering er en variant af at placere kininkrystaller i olie. En mere moderne metode er brugen af ​​computerprogrammer fra grafiske designere.

De giver dig mulighed for at skabe billeder af ækvipotentiale overflader, estimere den numeriske værdi af det elektriske felt og analysere forskellige situationer.

Magnetiske felter

For større visningsklarhed bruger de linjer, der er karakteristiske for et hvirvelfelt, når de lukkes af en løkke. Ovenstående eksempel med stålfiler illustrerer tydeligt dette fænomen.

Kraftegenskaber

Det er sædvanligt at udtrykke dem som vektormængder med:

• en bestemt fremgangsmåde;

• kraftværdi beregnet ved den tilsvarende formel.

Elektriske felter

Den elektriske feltstyrkevektor ved en enhedsladning kan repræsenteres i form af et tredimensionelt billede.

Dens størrelse:

• rettet væk fra opladningscentret;

• har en dimension, der afhænger af beregningsmetoden;

• bestemmes af ikke-kontaktvirkning, det vil sige på afstand, som forholdet mellem den virkende kraft og ladningen.

Magnetiske felter

Spændingen, der opstår i spolen, kan ses som et eksempel på det følgende billede.

De magnetiske kraftlinjer i den fra hver drejning udenfor har samme retning og summerer sig. Inde i sving-til-sving-rummet er de rettet modsat. På grund af dette er det indre felt svækket.

Spændingens størrelse påvirkes af:

• styrken af ​​strømmen, der passerer gennem spolen;

• antallet og tætheden af ​​viklinger, som bestemmer spolens aksiale længde.

Højere strømme øger den magnetomotoriske kraft. Også i to spoler med det samme antal vindinger, men forskellige viklingstætheder, når den samme strøm løber, vil denne kraft være højere, hvor vindingerne er tættere på.

Således har elektriske og magnetiske felter klare forskelle, men de er sammenkoblede komponenter af en fælles ting, elektromagnetisk.