Електрическо и магнитно поле: какви са разликите

Терминът «поле» на руски означава много голяма площ с еднакъв състав, например пшеница или картоф.

Във физиката и електротехниката се използва за описание на различни видове материи, например електромагнитни, състоящи се от електрически и магнитни компоненти.

Електрическият заряд е свързан с тези форми на материята. Когато той е неподвижен, около него винаги има електрическо поле, а когато се движи, също се образува магнитно поле.

Представата на човека за природата на електрическото (по -точно определение — електростатично) поле се формира въз основа на експериментални изследвания на неговите свойства, тъй като все още няма друг метод на изследване. С този метод беше установено, че той действа върху движещи се и / или неподвижни електрически заряди с определена сила. Чрез измерване на стойността му се оценяват основните експлоатационни характеристики.

Електрическо поле

Образува се:

• около електрически заряди (тела или частици);

• с промени в магнитното поле, като например възникващи по време на движение електромагнитни вълни. 

Той е изобразен със силови линии, които обикновено се показват като произтичащи от положителни заряди и завършващи с отрицателни. По този начин зарядите са източници на електрическо поле. Чрез действие върху тях можете:

• идентифициране на наличието на поле;

• въведете калибрирана стойност, за да измерите нейната стойност.

За практическа употреба, мощност характеристика т.нар напрежение, което се оценява чрез действието върху единичен заряд с положителен знак.

Магнитно поле

Действа върху:

• електрически тела и заряди в движение с определено усилие;

• магнитни моменти, без да се вземат предвид състоянията на тяхното движение.

Магнитното поле се създава:

• преминаването на ток от заредени частици;

• чрез сумиране на магнитните моменти на електроните вътре в атомите или други частици;

• с временна промяна в електрическото поле.

Той също е изобразен със силови линии, но те са затворени по контура, нямат начало и край, за разлика от електрическите.

Взаимодействие на електрическо и магнитно поле

Първото теоретично и математическо обосноваване на процесите, протичащи в електромагнитното поле, е извършено от Джеймс Клерк Максуел. Той представи система от уравнения на диференциални и интегрални форми, в която показа връзката на електромагнитното поле с електрически заряди и токове, протичащи в непрекъснати среди или вакуум.

В работата си той използва законите:

• Ампера, описващи протичането на ток през проводник и създаването на магнитна индукция около него;

• Фарадей, обясняващ появата на електрически ток от действието на променливо магнитно поле върху затворен проводник.

Работите на Максуел определят точните връзки между проявленията на електрическо и магнитно поле в зависимост от разпределените в пространството заряди.

Много време е минало от публикуването на творбите на Максуел. Учените постоянно изучават проявите на експериментални факти между електрическото и магнитното поле, но дори и сега е трудно да се установи тяхната природа. Резултатите са ограничени до чисто практически приложения на разглежданите явления.

Това се обяснява с факта, че с нивото си на знание можем да изградим само хипотези, тъй като засега можем само да предполагаме нещо.В крайна сметка природата има неизчерпаеми свойства, които все още трябва да се изучават много и дълго.

Сравнителни характеристики на електрическото и магнитното поле

Източници на образование

Взаимната връзка между полетата на електричество и магнетизъм помага да се разбере очевидният факт: те не са изолирани, а свързани, но могат да се проявят по различни начини, като представляват едно цяло — електромагнитно поле. 

Ако си представим, че в даден момент от космоса се създава нехомогенно поле с електрически заряд, което е неподвижно спрямо повърхността на Земята, тогава няма да работи за определяне на магнитното поле около него в покой.

Ако наблюдателят започне да се движи спрямо този заряд, тогава полето ще започне да се променя във времето и електрическият компонент вече ще образува магнитен, който постоянният изследовател може да види със своите измервателни уреди.

По подобен начин тези явления ще се проявят, когато неподвижен магнит е разположен на някаква повърхност, създавайки магнитно поле. Когато наблюдателят започне да се движи спрямо него, той ще засече появата на електрически ток. Този процес описва явлението електромагнитна индукция.

Следователно няма много смисъл да се казва, че в разглежданата точка на пространството има само едно от двете полета: електрическо или магнитно. Този въпрос трябва да бъде зададен във връзка с референтната рамка:

• стационарен;

• Подвижен.

С други думи, референтната рамка влияе върху проявлението на електрическото и магнитното поле по същия начин, както гледането на пейзажи чрез филтри с различни нюанси. Промяната на цвета на стъклото влияе върху нашето възприятие за цялостната картина, но дори и да вземем за основа естествената светлина, създадена от преминаването на слънчева светлина през въздушната атмосфера, тя няма да даде истинската картина като цяло, да я изкриви .

Това означава, че референтната рамка е един от начините за изследване на електромагнитното поле, дава възможност да се прецени неговите свойства, конфигурация. Но това няма абсолютно значение.

Индикатори за електромагнитно поле

Електрическо поле

Електрически заредените тела се използват като индикатори, показващи наличието на поле на определено място в космоса. Те могат да използват електрифицирани малки парчета хартия, топки, ръкави, „султани“, за да наблюдават електрическия компонент.

Нека разгледаме пример, когато две индикаторни топки са разположени върху свободно окачване от двете страни на плосък наелектризиран диелектрик. Те ще бъдат еднакво привлечени от повърхността му и ще се простират в една линия.

На втория етап поставяме плоска метална плоча между една от топките и електрифициран диелектрик. Това няма да промени силите, действащи върху показателите. Топките няма да променят позицията си.

Третият етап на експеримента е свързан със заземяването на металния лист. Веднага щом това се случи, индикаторната топка, разположена между електрифицирания диелектрик и заземения метал, ще промени позицията си, променяйки посоката си на вертикална. Тя ще престане да се привлича към плочата и ще бъде подложена само на гравитационни сили на гравитацията.

Този опит показва, че заземените метални щитове блокират разпространението на линии на електрическо поле.

Магнитно поле

В този случай показателите могат да бъдат:

• стоманени опилки;

• затворен контур, през който протича електрически ток;

• магнитна игла (пример с компас).

Принципът на разпределение на стоманени стърготини по магнитни линии на сила е най -разпространеният. Той също така е включен в работата на магнитната игла, която, за да намали противодействието на силите на триене, се фиксира върху остър връх и по този начин получава допълнителна свобода за въртене.

Закони, описващи взаимодействията на полета със заредени тела

Електрически полета

Експерименталната работа на Кулон, извършена с точкови заряди, окачени на тънка и дълга нишка от кварц, служи за изясняване на картината на процесите, протичащи в електрическите полета.

Когато заредена топка беше приближена до тях, последните повлияха на тяхната позиция, принуждавайки ги да се отклонят с определена сума. Тази стойност е фиксирана върху циферблата на скалата на специално проектирано устройство.

По този начин силите на взаимно действие между електрическите заряди, т.нар електрическо, кулоновско взаимодействие… Те са описани с математически формули, които позволяват предварителни изчисления на проектираните устройства.

Магнитни полета

Тук работи добре Законът на Ампер въз основа на взаимодействието на проводник с ток, поставен вътре в силовите магнитни линии.

За посоката на силата, действаща върху проводника с протичащия през него ток, се прилага правило, използващо подреждането на пръстите на лявата ръка. Четирите пръста, свързани заедно, трябва да бъдат позиционирани по посока на тока, а силовите линии на магнитното поле трябва да влязат в дланта. Тогава изпъкналият палец ще посочи посоката на желаната сила.

Графични изображения на полета

За обозначаването им в равнината на чертежа се използват силови линии.

Електрически полета

За да се посочат линиите на напрежение в тази ситуация, се използва потенциално поле, когато има неподвижни заряди. Силовата линия излиза от положителния заряд и отива към отрицателния.

Пример за моделиране на електрическо поле е вариант за поставяне на кристали на хинина в масло. По -модерен метод е използването на компютърни програми на графични дизайнери.

Те ви позволяват да създавате изображения на еквипотенциални повърхности, да преценявате числената стойност на електрическото поле и да анализирате различни ситуации.

Магнитни полета

За по -голяма яснота на дисплея те използват линии, характерни за вихрово поле, когато са затворени от един контур. Горният пример със стоманени пили ясно илюстрира това явление.

Характеристики на мощността

Обичайно е те да се изразяват като векторни величини, имащи:

• определена посока на действие;

• стойност на силата, изчислена по съответната формула.

Електрически полета

Векторът на силата на електрическото поле при единичен заряд може да бъде представен под формата на триизмерно изображение.

Неговата величина:

• насочени далеч от центъра на заряда;

• има измерение, което зависи от метода на изчисление;

• се определя чрез безконтактно действие, тоест на разстояние, като съотношение на действащата сила към заряда.

Магнитни полета

Напрежението, възникващо в намотката, може да се види на примера на следната картина.

Магнитните силови линии в него от всеки завой отвън имат една и съща посока и се добавят. Вътре в пространството от завой до завой те са насочени противоположно. Поради това вътрешното поле е отслабено.

Размерът на напрежението се влияе от:

• силата на тока, преминаващ през намотката;

• броя и плътността на намотките, които определят аксиалната дължина на бобината.

По -високите токове увеличават магнитодвижещата сила. Освен това, в две намотки с равен брой завои, но различна плътност на намотката им, когато преминава същия ток, тази сила ще бъде по -висока там, където завоите са по -близо.

По този начин електрическите и магнитните полета имат напълно определени различия, но те са взаимосвързани компоненти на едно общо нещо — електромагнитно.