Заредени полета на частици, електромагнитни и електростатични полета и техните компоненти
Частиците и полетата са два вида материя. Характерна особеност на взаимодействието на частиците е, че то се осъществява не при техния директен контакт, а на определено разстояние между тях.
Това се дължи на факта, че частиците са свързани с полето, което ги заобикаля и определя взаимодействието между тях. По този начин частиците взаимодействат чрез своите полета.
Полетата са разпределени в пространството, за разлика от дискретни частици, непрекъснато. Някои взаимодействия имат двойствен характер. Така например, електромагнитно поле, разпространяващо се в пространството под формата на вълни, се открива едновременно под формата на дискретни частици — фотони.
В природата има полета от различни типове: гравитационни (гравитационни), магнитостатични, електростатични, ядрени и др. Всяко поле се характеризира с отличителни, присъщи свойства.
Между два вида материя — частици и полета — има вътрешна връзка, която се проявява преди всичко във факта, че всяка промяна в състоянието на частиците се отразява директно в полето (и обратно, всяка промяна в полето засяга частиците ), както и при наличие на общи свойства: маса, енергия, импулс или импулс и др.
Освен това частиците могат да се превърнат в поле, а полето — в същите частици. Всичко това показва, че материята и полето са два вида материя.
Наред с това има разлика между полета и частици, което ни позволява да ги разглеждаме като различни видове материя.
Тази разлика се състои във факта, че елементарните частици са дискретни и заемат определен обем, те са непроницаеми за други частици: същият обем не може да бъде зает от различни тела и частици. Полетата са непрекъснати и имат висока пропускливост: в един и същ обем пространство могат едновременно да бъдат разположени полета от различен тип.
Частиците и телата могат да се движат в космоса под действието на външни сили, ускорени или забавени, тоест скоростта на движение на частиците в космоса може да бъде различна. Полетата се разпространяват в пространството със същата скорост, например във вакуум — със скорост, равна на скоростта на разпространение на светлината.
Тъй като частиците и полетата са тясно свързани помежду си и представляват едно цяло, невъзможно е да се установи точна граница между частица и нейното поле в пространството.
Възможно е обаче да се посочи много малка област от пространството, в която се проявяват свойствата на дискретна частица. В този смисъл условно е възможно да се определят размерите елементарни частици… В пространството извън посочената област може да се предположи, че има само поле, свързано с елементарна частица.
Електромагнитното поле и неговите компоненти
В електротехниката се разглежда поле, което е причинено от движението на пренасящи частици електрически заряди… Такова поле се нарича електромагнитно. Явленията, свързани с разпространението на това поле, се наричат електромагнитни явления.
Електроните, циркулиращи в атом около ядро, взаимодействат с протоните чрез електрическо поле, като в същото време движението им е еквивалентно на електрически ток, който, както показва опитът, винаги е свързан с наличието на магнитно поле.
Следователно полето, през което елементарните частици на атома взаимодействат помежду си, тоест електромагнитното поле, се състои от две полета: електрическо и магнитно. Тези полета са взаимно свързани и неотделими едно от друго.
Външно електромагнитното поле при макроскопско изследване се проявява в някои случаи под формата на неподвижно поле, а в други случаи под формата на променливо поле.
В неподвижното състояние на атомите на дадено вещество, както електрическото (в този случай полето в атомите е напълно свързано с равни заряди на различни знаци), така и магнитното поле (поради хаотичната ориентация на електронните орбити) в външното пространство не се открива.
Ако обаче се наруши равновесието в атома (образува се йон, насоченото движение се наслагва върху хаотично движение, елементарните токове на магнитни вещества са ориентирани в една посока и т.н.), тогава извън това вещество полето може да бъде открито. Освен това, ако посоченото състояние се поддържа непроменено, тогава характеристиките на полето имат стойност, която е постоянна във времето. Такова поле се нарича стационарно поле.
Стационарното поле при макроскопско изследване в редица случаи се среща само под формата на един компонент: или под формата на електрическо поле (например полето на неподвижни заредени тела), или под формата на магнитно поле ( например полето на постоянни магнити).
Компонентите на неподвижно електромагнитно поле са неделими от движещите се заредени частици: електрическият компонент е свързан с електрически заряди, а магнитният компонент придружава (обгражда) движещи се заредени частици.
Променливо електромагнитно поле се образува в резултат на променящото се или колебателно движение на заредени частици, системи или съставки на неподвижни полета. Характеристика на такова високочестотно поле е, че след като е възникнало (след като е излъчено от източник), то се отделя от източника и навлиза в околната среда под формата на вълни.
Електрическият компонент на това поле съществува в свободно състояние, отделен от материалните частици и има вихров характер. Същото поле е магнитният компонент: той също съществува в свободно състояние, несвързано с движещи се заряди (или електрически ток). И двете полета обаче представляват едно неразривно цяло и в процеса на движение в пространството непрекъснато се трансформират едно в друго.
Променливото електромагнитно поле се открива чрез въздействието върху частици и системи, разположени по пътя на разпространението му, което може да се задава в колебателно движение, както и с помощта на устройства, които преобразуват енергията на електромагнитното поле в енергия от друг тип (например термично).
Специален случай е действието на това поле върху зрителните органи на живите същества (светлината е електромагнитни вълни).
Компоненти на електромагнитното поле — електрически и магнитни полета бяха открити и изучени преди електромагнитното поле, и независимо един от друг: тогава не беше открита връзка между тях. Това доведе до факта, че и двете области се считат за независими.
Теоретичните съображения, потвърдени след това с експеримента, показват, че съществува неразривна връзка между електрическото и магнитното поле и всяко електрическо или магнитно явление винаги се оказва електромагнитно.
Вижте също: Електрическо и магнитно поле: какви са разликите
Електростатично поле
Само едно електрическо поле се открива във вакуум или диелектрична среда около изолирани тела, които са неподвижни спрямо наблюдателя с излишък непроменен в пространството и времето (в макроскопичен смисъл) електрически заряди от същия знак, получени по време на йонизацията на атомите ( в резултат на електрификация вижте — Електризация на тела, взаимодействие на заряди).Такова поле се нарича електростатично.
Електростатичното поле е вид неподвижно електрическо поле и се различава от него по това, че елементарните заредени частици, които причиняват електростатичното поле, са само в хаотично движение, докато неподвижното поле се определя от насоченото движение на електроните, което се наслагва върху хаотичното движение .
В това поле постоянството на характеристиките се дължи на непрекъснатото възпроизвеждане на разпределението на зарядите в полето (процес на равновесие).
В електростатично поле общото действие на голям брой еднозначно заредени частици в непрекъснато хаотично движение в различни посоки се възприема извън заредено тяло като поле с електрически заряд със същия знак, който не се променя с течение на времето.
Ефектът на магнитния компонент в електростатичното поле се взаимно неутрализира поради хаотичното движение на носители на заряд във външното пространство и следователно не се открива.
Отличителна черта на електростатичното поле е наличието на източник и дренажни тела, на които се придават излишни заряди с различни знаци (тела, от които изглежда, че това поле изтича и в което се влива).
Електростатичното поле и наелектризираните тела, които са източници и мивки на полето, са неразделни едно от друго, представляващи едно физическо цяло.
При това електростатичното поле се различава от електрическия компонент на променливото електромагнитно поле, което, съществувайки в свободно състояние, има вихров характер, няма източник и източване.
Не се изразходва енергия за поддържане на това състояние на електростатичното поле. Необходимо е само когато това поле е установено (за непрекъснато излъчване на електромагнитно поле е необходима енергия).
Електростатично поле може да бъде открито чрез механичната сила, действаща върху неподвижни заредени тела, поставени в това поле, както и чрез индуциране или насочване на електростатични заряди върху неподвижни метални тела и чрез поляризация на неподвижни диелектрични тела, поставени в това поле.
Вижте също:
Характеристики на електрическото поле