Elektriskt och magnetiskt fält: Vad är skillnaderna?

Termen "fält" på ryska betyder ett mycket stort område med enhetlig sammansättning, till exempel vete eller potatis.

Inom fysik och elektroteknik används det för att beskriva olika typer av materia, till exempel elektromagnetisk, bestående av elektriska och magnetiska komponenter.

Elektrisk laddning är förknippad med dessa former av materia. När den står stilla finns det alltid ett elektriskt fält runt den, och när den rör sig bildas även ett magnetfält.

Människans idé om det elektriska (mer exakt, elektrostatiska) fältets natur bildas på grundval av experimentella studier av dess egenskaper, eftersom det fortfarande inte finns någon annan forskningsmetod. Med denna metod fann man att den verkar på rörliga och/eller stationära elektriska laddningar med en viss kraft. Genom att mäta dess värde utvärderas de huvudsakliga operativa egenskaperna.

Elektriskt fält

Bildad:

• runt elektriska laddningar (kroppar eller partiklar);

• med förändringar i magnetfältet, som till exempel uppstår under rörelse elektromagnetiska vågor. 

Det är avbildat med kraftlinjer, som vanligtvis visas som härrörande från positiva laddningar och slutar i negativa. Laddningar är alltså källor till elektriska fält. Genom att agera på dem kan du:

• identifiera närvaron av ett fält;

• ange ett kalibrerat värde för att mäta dess värde.

För praktisk användning, effektkarakteristisk så kallad spänning, som uppskattas av verkan på en enda laddning med ett positivt tecken.

Magnetiskt fält

Verkar på:

• elektriska kroppar och laddningar i rörelse med en bestämd ansträngning;

• magnetiska moment utan att ta hänsyn till tillstånden för deras rörelse.

Magnetfältet skapas:

• passage av en ström av laddade partiklar;

• genom att summera de magnetiska momenten för elektroner inuti atomer eller andra partiklar;

• med en tillfällig förändring i det elektriska fältet.

Det är också avbildat med kraftlinjer, men de är stängda längs konturen, de har inte en början och ett slut, till skillnad från elektriska.

Interaktion mellan elektriska och magnetiska fält

Den första teoretiska och matematiska motiveringen av de processer som äger rum i det elektromagnetiska fältet utfördes av James Clerk Maxwell. Han presenterade ett system av ekvationer av differential- och integralformer där han visade förhållandet mellan det elektromagnetiska fältet och elektriska laddningar och strömmar som flyter i kontinuerliga medier eller vakuum.

I sitt arbete använder han lagarna:

• Ampere, som beskriver strömflödet genom en tråd och skapandet av magnetisk induktion runt den;

• Faraday, förklarar förekomsten av en elektrisk ström från verkan av ett alternerande magnetfält på en sluten ledare.

Maxwells verk bestämde de exakta förhållandena mellan manifestationerna av elektriska och magnetiska fält beroende på laddningarna fördelade i rymden.

Mycket tid har gått sedan publiceringen av Maxwells verk. Forskare studerar ständigt manifestationerna av experimentella fakta mellan elektriska och magnetiska fält, men även nu är det svårt att fastställa deras natur. Resultaten är begränsade till rent praktiska tillämpningar av fenomenen i fråga.

Detta förklaras av det faktum att vi med vår kunskapsnivå bara kan bygga hypoteser, eftersom vi för närvarande bara kan anta något. Naturen har trots allt outtömliga egenskaper som fortfarande behöver studeras mycket och under lång tid.

Jämförande egenskaper hos elektriska och magnetiska fält

Utbildningskällor

Det ömsesidiga förhållandet mellan fälten elektricitet och magnetism hjälper till att förstå det uppenbara faktum: de är inte isolerade, utan anslutna, men de kan manifestera sig på olika sätt, representera en enda enhet - ett elektromagnetiskt fält.

Om vi ​​föreställer oss att ett inhomogent fält av elektrisk laddning skapas från rymden någon gång, som är stationärt i förhållande till jordens yta, så kommer det inte att fungera för att bestämma magnetfältet runt den i vila.

Om observatören börjar röra sig i förhållande till denna laddning, kommer fältet att börja förändras med tiden, och den elektriska komponenten kommer redan att bilda en magnetisk, som den permanenta forskaren kan se med sina mätinstrument.

På liknande sätt kommer dessa fenomen att uppstå när en stationär magnet placeras på någon yta, vilket skapar ett magnetfält. När observatören börjar röra sig mot den kommer han att upptäcka utseendet på en elektrisk ström.Denna process beskriver fenomenet elektromagnetisk induktion.

Därför är det inte mycket meningsfullt att säga att det vid den betraktade punkten i rymden bara finns ett av två fält: elektriskt eller magnetiskt. Denna fråga måste ställas i relation till referensramen:

• stationär;

• Rörlig.

Med andra ord, referensramen påverkar manifestationen av elektriska och magnetiska fält på samma sätt som att betrakta landskap genom filter av olika nyanser. Förändringen i glasets färg påverkar vår uppfattning om helhetsbilden, men även om vi tar det naturliga ljuset som skapas av solljusets passage genom luftatmosfären som grund, kommer det inte att ge den sanna bilden som helhet, det kommer att förvränga det.

Detta innebär att referensramen är ett av sätten att studera det elektromagnetiska fältet, det gör det möjligt att bedöma dess egenskaper, konfiguration. Men det spelar egentligen ingen roll.

Elektromagnetiska fältindikatorer

Elektriskt fält

Elektriskt laddade kroppar används som indikatorer som visar närvaron av ett fält på en viss plats i rymden. De kan använda elektrifierade små bitar av papper, bollar, ärmar, "sultaner" för att observera den elektriska komponenten.

Låt oss betrakta ett exempel där två indikatorkulor placeras i fri upphängning på vardera sidan av ett platt elektrifierat dielektrikum. De kommer att attraheras lika mycket av dess yta och kommer att sträcka sig i en linje.

I det andra steget placerar vi en platt metallplatta mellan en av kulorna och en elektrifierad dielektrikum. Detta kommer inte att förändra krafterna som verkar på indikatorerna. Bollarna kommer inte att ändra sin position.

Det tredje steget av experimentet är relaterat till jordningen av metallplåten. Så snart detta händer kommer indikatorkulan som ligger mellan det elektrifierade dielektrikumet och den jordade metallen att ändra sin position och ändra sin riktning till vertikal. Den kommer att sluta attraheras av plattan och kommer endast att utsättas för gravitationskrafterna.

Denna erfarenhet visar att jordade metallskärmar blockerar utbredningen av elektriska fältlinjer.

Magnetiskt fält

I det här fallet kan indikatorerna vara:

• stålspån;

• en sluten slinga genom vilken en elektrisk ström flyter;

• magnetisk nål (kompassexempel).

Principen för fördelning av stålspån längs magnetiska kraftlinjer är den mest utbredda. Den ingår också i driften av den magnetiska nålen, som, för att minska motsättningen av friktionskrafter, är fixerad på en skarp spets och därmed får ytterligare rotationsfrihet.

Lagar som beskriver interaktioner mellan fält och laddade kroppar

Elektriska fält

Coulombs experimentella arbete, utfört med punktladdningar upphängda på en tunn och lång tråd av kvarts, tjänade till att förtydliga bilden av de processer som äger rum i elektriska fält.

När en laddad boll fördes nära dem, påverkade den senare deras position, vilket tvingade dem att avvika med ett visst belopp. Detta värde är fixerat på skalan på en specialdesignad enhet.

På detta sätt krafterna av ömsesidig verkan mellan elektriska laddningar, den sk elektrisk, Coulomb interaktion… De beskrivs med matematiska formler som tillåter preliminära beräkningar av de designade enheterna.

Magnetiska fält

Det fungerar bra här Amperes lag baserat på växelverkan mellan en strömförande ledare placerad inuti de magnetiska kraftlinjerna.

En regel som använder arrangemanget av vänsterhandens fingrar gäller riktningen för kraften som verkar på den strömförande ledningen. De fyra fingrarna som är sammanfogade måste placeras i strömriktningen, och magnetfältets kraftlinjer måste komma in i handflatan. Då kommer den utskjutande tummen att indikera riktningen för den önskade kraften.

Flyggrafik

Kraftlinjer används för att indikera dem i ritningens plan.

Elektriska fält

För att indikera spänningslinjer i denna situation används ett potentiellt fält när stationära laddningar är närvarande. Kraftlinjen kommer ut ur den positiva laddningen och går till den negativa.

Ett exempel på elektrisk fältmodellering är en variant av att placera kininkristaller i olja. En mer modern metod är användningen av datorprogram för grafiska formgivare.

De låter dig skapa bilder av ekvipotentiella ytor, uppskatta det numeriska värdet av det elektriska fältet och analysera olika situationer.

Magnetiska fält

För större visningstydlighet använder de linjer som är karakteristiska för ett virvelfält när de stängs av en slinga. Ovanstående exempel med stålfilar illustrerar tydligt detta fenomen.

Kraftegenskaper

Det är vanligt att uttrycka dem som vektorkvantiteter som har:

• ett visst tillvägagångssätt;

• kraftvärde beräknat med motsvarande formel.

Elektriska fält

Vektorn för elektrisk fältstyrka vid en enhetsladdning kan representeras i form av en tredimensionell bild.

Dess storlek:

• riktad bort från laddningscentrum;

• har en dimension som beror på beräkningsmetoden;

• bestäms av beröringsfri verkan, det vill säga på avstånd, som förhållandet mellan den verkande kraften och laddningen.

Magnetiska fält

Spänningen som uppstår i spolen kan ses som ett exempel på följande bild.

De magnetiska kraftlinjerna i den från varje varv utanför har samma riktning och summerar. Inne i sväng-till-sväng-utrymmet är de riktade motsatta. På grund av detta försvagas det interna fältet.

Storleken på spänningen påverkas av:

• styrkan hos strömmen som passerar genom spolen;

• antalet och tätheten av lindningar, som bestämmer spolens axiella längd.

Högre strömmar ökar den magnetomotoriska kraften. Dessutom, i två spolar med samma antal varv men olika lindningsdensiteter, när samma ström flyter, kommer denna kraft att vara högre där varven är närmare.

Således har elektriska och magnetiska fält bestämda skillnader, men de är sammankopplade komponenter i en gemensam sak, elektromagnetisk.