Elektrisk og magnetisk felt: Hva er forskjellene?

Begrepet «åker» på russisk betyr et veldig stort område med jevn sammensetning, for eksempel hvete eller potet.

I fysikk og elektroteknikk brukes det til å beskrive ulike typer materie, for eksempel elektromagnetisk, bestående av elektriske og magnetiske komponenter.

Elektrisk ladning er assosiert med disse formene for materie. Når den står stille er det alltid et elektrisk felt rundt den, og når den beveger seg dannes det også et magnetfelt.

Menneskets ide om naturen til det elektriske (mer presist, elektrostatisk) feltet er dannet på grunnlag av eksperimentelle studier av dets egenskaper, siden det fortsatt ikke er noen annen metode for forskning. Med denne metoden ble det funnet at den virker på bevegelige og/eller stasjonære elektriske ladninger med en viss kraft. Ved å måle verdien blir de viktigste operasjonelle egenskapene evaluert.

Elektrisk felt

Dannet:

• rundt elektriske ladninger (legemer eller partikler);

• med endringer i magnetfeltet, slik som oppstår under bevegelse elektromagnetiske bølger. 

Det er avbildet med kraftlinjer, som vanligvis vises som kommer fra positive ladninger og avsluttes med negative. Ladninger er dermed kilder til elektrisk felt. Ved å handle på dem kan du:

• identifisere tilstedeværelsen av et felt;

• angi en kalibrert verdi for å måle verdien.

For praktisk bruk, kraftkarakteristisk såkalt spenning, som er estimert av handlingen på en enkelt ladning med et positivt fortegn.

Magnetfelt

Handler på:

• elektriske legemer og ladninger i bevegelse med en bestemt innsats;

• magnetiske øyeblikk uten å ta hensyn til bevegelsestilstandene deres.

Magnetfeltet dannes:

• passering av en strøm av ladede partikler;

• ved å summere de magnetiske momentene til elektroner inne i atomer eller andre partikler;

• med en midlertidig endring i det elektriske feltet.

Det er også avbildet med kraftlinjer, men de er lukket langs konturen, de har ikke en begynnelse og en slutt, i motsetning til elektriske.

Samspill mellom elektriske og magnetiske felt

Den første teoretiske og matematiske begrunnelsen av prosessene som foregår i det elektromagnetiske feltet ble utført av James Clerk Maxwell. Han presenterte et system med ligninger av differensial- og integralformer der han viste forholdet mellom det elektromagnetiske feltet og elektriske ladninger og strømmer som flyter i kontinuerlige medier eller vakuum.

I sitt arbeid bruker han lovene:

• Ampere, som beskriver strømmen av strøm gjennom en ledning og opprettelsen av magnetisk induksjon rundt den;

• Faraday, som forklarer forekomsten av en elektrisk strøm fra virkningen av et vekslende magnetfelt på en lukket leder.

Maxwells arbeider bestemte de nøyaktige forholdene mellom manifestasjonene av elektriske og magnetiske felt avhengig av ladningene fordelt i rommet.

Det har gått mye tid siden publiseringen av Maxwells verk. Forskere studerer konstant manifestasjonene av eksperimentelle fakta mellom elektriske og magnetiske felt, men selv nå er det vanskelig å fastslå deres natur. Resultatene er begrenset til rent praktiske anvendelser av fenomenene under vurdering.

Dette forklares med det faktum at med vårt kunnskapsnivå kan vi bare bygge hypoteser, siden vi foreløpig bare kan anta noe.Tross alt har naturen uuttømmelige egenskaper som fortsatt må studeres mye og lenge.

Sammenlignende egenskaper for elektriske og magnetiske felt

Kilder til utdanning

Det gjensidige forholdet mellom feltene elektrisitet og magnetisme bidrar til å forstå det åpenbare faktum: de er ikke isolert, men koblet sammen, men de kan manifestere seg på forskjellige måter, og representere en enkelt enhet - et elektromagnetisk felt.

Hvis vi forestiller oss at det på et eller annet tidspunkt skapes et inhomogent felt med elektrisk ladning fra rommet, som er stasjonært i forhold til jordoverflaten, så vil det ikke fungere for å bestemme magnetfeltet rundt det i ro.

Hvis observatøren begynner å bevege seg i forhold til denne ladningen, vil feltet begynne å endre seg over tid, og den elektriske komponenten vil allerede danne en magnetisk, som den permanente forskeren kan se med sine måleinstrumenter.

Tilsvarende vil disse fenomenene oppstå når en stasjonær magnet plasseres på en overflate og skaper et magnetfelt. Når observatøren begynner å bevege seg mot den, vil han oppdage utseendet til en elektrisk strøm.Denne prosessen beskriver fenomenet elektromagnetisk induksjon.

Derfor gir det ikke mye mening å si at på det betraktede punktet i rommet er det bare ett av to felt: elektrisk eller magnetisk. Dette spørsmålet må stilles i forhold til referanserammen:

• stasjonær;

• Flyttbar.

Referanserammen påvirker med andre ord manifestasjonen av elektriske og magnetiske felt på samme måte som å se på landskap gjennom filtre av forskjellige fargetoner. Endringen i glassets farge påvirker vår oppfatning av helhetsbildet, men selv om vi tar utgangspunkt i det naturlige lyset som skapes av sollysets passasje gjennom luftatmosfæren, vil det ikke gi det sanne bildet som helhet, det vil forvrenge den.

Dette betyr at referanserammen er en av måtene å studere det elektromagnetiske feltet på, det gjør det mulig å vurdere dets egenskaper, konfigurasjon. Men det spiller egentlig ingen rolle.

Elektromagnetiske feltindikatorer

Elektrisk felt

Elektrisk ladede legemer brukes som indikatorer som viser tilstedeværelsen av et felt på et bestemt sted i rommet. De kan bruke elektrifiserte små stykker papir, baller, ermer, "sultaner" for å observere den elektriske komponenten.

La oss se på et eksempel der to indikatorkuler er plassert i fri oppheng på hver side av et flatt elektrifisert dielektrikum. De vil bli like tiltrukket av overflaten og vil strekke seg i en linje.

I det andre trinnet legger vi en flat metallplate mellom en av kulene og et elektrifisert dielektrikum. Dette vil ikke endre kreftene som virker på indikatorene. Ballene vil ikke endre posisjon.

Den tredje fasen av eksperimentet er relatert til jordingen av metallplaten. Så snart dette skjer, vil indikatorkulen som ligger mellom det elektrifiserte dielektrikumet og det jordede metallet endre sin posisjon og endre retningen til vertikal. Det vil slutte å bli tiltrukket av platen og vil bare være utsatt for gravitasjonskreftene.

Denne erfaringen viser at jordede metallskjold blokkerer forplantningen av elektriske feltlinjer.

Magnetfelt

I dette tilfellet kan indikatorene være:

• stål filings;

• en lukket sløyfe som en elektrisk strøm flyter gjennom;

• magnetisk nål (kompasseksempel).

Prinsippet for fordeling av stålspon langs magnetiske kraftlinjer er det mest utbredte. Den er også inkludert i driften av den magnetiske nålen, som, for å redusere motstanden av friksjonskrefter, er festet på en skarp spiss og dermed får ekstra rotasjonsfrihet.

Lover som beskriver samspillet mellom felt og ladede kropper

Elektriske felt

Coulombs eksperimentelle arbeid, utført med punktladninger suspendert på en tynn og lang tråd av kvarts, tjente til å klargjøre bildet av prosessene som foregår i elektriske felt.

Når en ladet ball ble brakt nær dem, påvirket sistnevnte posisjonen deres, og tvang dem til å avvike med et visst beløp. Denne verdien er fastsatt på skalaen til en spesialdesignet enhet.

På denne måten vil kreftene til gjensidig handling mellom elektriske ladninger, den såkalte elektrisk, Coulomb interaksjon… De er beskrevet av matematiske formler som tillater foreløpige beregninger av de utformede enhetene.

Magnetiske felt

Det fungerer fint her Amperes lov basert på samspillet mellom en strømførende leder plassert inne i de magnetiske kraftlinjene.

En regel som bruker arrangementet av fingrene på venstre hånd, gjelder retningen til kraften som virker på den strømførende ledningen. De fire fingrene som er koblet sammen må plasseres i strømmens retning, og kraftlinjene til magnetfeltet må inn i håndflaten. Da vil den utstående tommelen indikere retningen til ønsket kraft.

Flygrafikk

Kraftlinjer brukes til å indikere dem i tegningens plan.

Elektriske felt

For å indikere spenningslinjer i denne situasjonen, brukes et potensielt felt når stasjonære ladninger er tilstede. Kraftlinjen kommer ut av den positive ladningen og går til den negative.

Et eksempel på elektrisk feltmodellering er en variant av å plassere kininkrystaller i olje. En mer moderne metode er bruk av dataprogrammer til grafiske designere.

De lar deg lage bilder av ekvipotensialflater, estimere den numeriske verdien av det elektriske feltet og analysere forskjellige situasjoner.

Magnetiske felt

For større klarhet bruker de linjer som er karakteristiske for et virvelfelt når de lukkes av en sløyfe. Eksemplet ovenfor med stålfiler illustrerer dette fenomenet tydelig.

Kraftegenskaper

Det er vanlig å uttrykke dem som vektormengder som har:

• et visst handlingsforløp;

• kraftverdi beregnet ved den tilsvarende formelen.

Elektriske felt

Den elektriske feltstyrkevektoren ved en enhetslading kan representeres i form av et tredimensjonalt bilde.

Dens størrelse:

• rettet bort fra ladesenteret;

• har en dimensjon som avhenger av beregningsmetoden;

• bestemmes av ikke-kontaktvirkning, det vil si på avstand, som forholdet mellom den virkende kraften og ladningen.

Magnetiske felt

Spenningen som oppstår i spolen kan sees som et eksempel i det følgende bildet.

De magnetiske kraftlinjene i den fra hver sving utenfor har samme retning og summerer seg. Inne i sving-til-sving-rommet er de rettet motsatt. På grunn av dette er det indre feltet svekket.

Størrelsen på spenningen påvirkes av:

• styrken til strømmen som går gjennom spolen;

• antall og tetthet av viklinger, som bestemmer spolens aksiale lengde.

Høyere strømmer øker den magnetomotoriske kraften. Dessuten, i to spoler med samme antall vindinger, men forskjellige viklingstettheter, når den samme strømmen flyter, vil denne kraften være høyere der vindingene er nærmere.

Dermed har elektriske og magnetiske felt klare forskjeller, men de er sammenkoblede komponenter av en vanlig ting, elektromagnetisk.