Laddade partikelfält, elektromagnetiska och elektrostatiska fält och deras komponenter
Partiklar och fält är två typer av materia. Ett karakteristiskt särdrag för interaktionen mellan partiklar är att den inte sker i deras direkta kontakt, utan på ett visst avstånd mellan dem.
Detta beror på att partiklarna är relaterade till fältet som omger dem och bestämmer interaktionen mellan dem. Således interagerar partiklarna genom sina fält.
Fält är fördelade i rymden, till skillnad från diskreta partiklar, kontinuerligt. Vissa interaktioner är dubbla till sin natur. Så till exempel detekteras ett elektromagnetiskt fält som utbreder sig genom rymden i form av vågor samtidigt i form av diskreta partiklar - fotoner.
I naturen finns det fält av olika typer: gravitationell (gravitationell), magnetostatisk, elektrostatisk, nukleär, etc. Varje fält kännetecknas av distinkta, inneboende egenskaper.
Mellan två typer av materia - partiklar och fält - finns det ett internt samband, som främst manifesteras i det faktum att varje förändring i partiklarnas tillstånd direkt reflekteras i fältet (och omvänt påverkar varje förändring i fältet partiklarna ), såväl som i närvaro av allmänna egenskaper: massa, energi, momentum eller momentum, etc.
Dessutom kan partiklar förvandlas till ett fält och fältet till samma partiklar. Allt detta visar att materia och fält är två typer av materia.
Dessutom finns det en skillnad mellan fält och partiklar, vilket gör att vi kan betrakta dem som olika typer av materia.
Denna skillnad består i det faktum att elementarpartiklar är diskreta och upptar en viss volym, de är ogenomträngliga för andra partiklar: samma volym kan inte upptas av olika kroppar och partiklar. Fälten är kontinuerliga och har hög permeabilitet: fält av olika typer kan placeras samtidigt i samma rymdvolym.
Partiklar och kroppar kan röra sig i rymden under påverkan av yttre krafter, accelererade eller bromsade, det vill säga att partiklarnas rörelsehastighet i rymden kan vara olika. Fält fortplantar sig genom rymden med samma hastighet, till exempel i ett vakuum - med en hastighet som är lika med ljusets hastighet.
Eftersom partiklar och fält är nära besläktade med varandra och utgör en helhet är det omöjligt att fastställa en exakt gräns mellan en partikel och dess fält i rymden.
Det är emellertid möjligt att specificera ett mycket litet område av rymden där egenskaperna hos en diskret partikel manifesteras. I denna mening är det villkorligt möjligt att bestämma dimensionerna elementarpartiklar… I utrymmet utanför det specificerade området kan det antas att det bara finns ett fält som är associerat med en elementarpartikel.
Det elektromagnetiska fältet och dess komponenter
Inom elektroteknik betraktas ett fält som orsakas av rörelse av bärande partiklar elektriska laddningar… Ett sådant fält kallas elektromagnetiskt. De fenomen som är förknippade med utbredningen av detta fält kallas elektromagnetiska fenomen.
Elektroner som cirkulerar i en atom runt en kärna interagerar med protoner genom ett elektriskt fält, samtidigt som deras rörelse är likvärdig med en elektrisk ström, som erfarenheten visar alltid är förknippad med närvaron av ett magnetfält.
Därför består fältet genom vilket atomens elementarpartiklar interagerar med varandra, det vill säga det elektromagnetiska fältet, av två fält: elektriska och magnetiska. Dessa fält är sammanlänkade och oskiljaktiga från varandra.
Externt visar sig det elektromagnetiska fältet under makroskopisk undersökning i vissa fall i form av ett stationärt fält, och i andra fall i form av ett växelfält.
I det stationära tillståndet för atomerna i ett givet ämne är både det elektriska fältet (i detta fall är fältet i atomerna helt förbundet med lika laddningar av olika tecken) och magnetfältet (på grund av elektronbanornas kaotiska orientering) i yttre rymden upptäcks inte.
Men om jämvikten i atomen störs (en jon bildas, riktad rörelse överlagras på kaotisk rörelse, elementära strömmar av magnetiska ämnen är orienterade i en riktning etc.), så kan fältet detekteras utanför detta ämne.Dessutom, om det angivna tillståndet bibehålls oförändrat, har fältegenskaperna ett värde som är konstant över tiden. Ett sådant fält kallas ett stationärt fält.
Det stationära fältet under makroskopisk undersökning uppträder i ett antal fall i form av endast en komponent: antingen i form av ett elektriskt fält (till exempel fältet för stationära laddade kroppar), eller i form av ett magnetfält (t. till exempel fältet för permanentmagneter).
Komponenterna i ett stationärt elektromagnetiskt fält är oskiljaktiga från rörliga laddade partiklar: den elektriska komponenten är associerad med elektriska laddningar, och den magnetiska komponenten följer med (omger) rörliga laddade partiklar.
Ett variabelt elektromagnetiskt fält bildas som ett resultat av den förändrade eller oscillerande rörelsen hos laddade partiklar, system eller beståndsdelar av stationära fält. En egenskap hos ett sådant högfrekvent fält är att efter att det har uppstått (efter att ha sänts ut från en källa), separeras det från källan och kommer in i miljön i form av vågor.
Den elektriska komponenten i detta fält existerar i ett fritt tillstånd, separerat från materialpartiklarna och har en virvelkaraktär. Samma fält är den magnetiska komponenten: det finns också i ett fritt tillstånd, inte associerat med rörliga laddningar (eller elektrisk ström). Båda fälten representerar dock en oskiljaktig helhet och i rörelse i rymden förvandlas ständigt till varandra.
Det variabla elektromagnetiska fältet detekteras av påverkan på partiklar och system som är belägna i dess utbredningsväg, som kan ställas in i en oscillerande rörelse, såväl som med hjälp av anordningar som omvandlar energin från det elektromagnetiska fältet till energi av en annan typ (till exempel termisk).
Ett specialfall är verkan av detta fält på de visuella organen hos levande varelser (ljus är elektromagnetiska vågor).
Komponenter i det elektromagnetiska fältet — elektriska och magnetiska fält upptäcktes och studerades före det elektromagnetiska fältet, och oberoende av varandra: inget samband upptäcktes då mellan dem. Detta ledde till att båda områdena ansågs självständiga.
Teoretiska överväganden, sedan bekräftade genom experiment, visar att det finns ett oupplösligt samband mellan elektriska och magnetiska fält, och alla elektriska eller magnetiska fenomen visar sig alltid vara elektromagnetiska.
Se även: Elektriskt och magnetiskt fält: Vad är skillnaderna?
Elektrostatiskt fält
Endast ett elektriskt fält detekteras i ett vakuum eller ett dielektriskt medium runt isolerade kroppar som är stationära i förhållande till observatören med ett överskott oförändrat i rum och tid (i makroskopisk mening) elektriska laddningar av samma tecken som erhålls under jonisering av atomer ( som ett resultat av elektrifieringslook - Elektrifiering av kroppar, interaktion av laddningar).Ett sådant fält kallas elektrostatiskt.
Ett elektrostatiskt fält är en typ av stationärt elektriskt fält och skiljer sig från det genom att de elementärt laddade partiklarna som orsakar det elektrostatiska fältet endast är i kaotisk rörelse, medan det stationära fältet bestäms av den riktade rörelsen hos elektroner som är överlagrade på den kaotiska rörelsen.
I detta fält beror egenskapernas beständighet på den kontinuerliga reproduktionen av fördelningen av laddningar i fältet (jämviktsprocessen).
I ett elektrostatiskt fält uppfattas den allmänna verkan av ett stort antal unikt laddade partiklar i kontinuerlig kaotisk rörelse i olika riktningar utanför en laddad kropp som ett fält med en elektrisk laddning av samma tecken som inte förändras över tiden.
Effekten av den magnetiska komponenten i det elektrostatiska fältet neutraliseras ömsesidigt på grund av den kaotiska rörelsen av laddningsbärare i yttre rymden och detekteras därför inte.
Ett utmärkande drag för det elektrostatiska fältet är närvaron av käll- och avloppskroppar, som ges överskottsladdningar av olika tecken (kroppar från vilka detta fält tycks flöda och in i vilka det flödar).
Det elektrostatiska fältet och de elektrifierade kropparna, som är källor och sänkor för fältet, är oskiljaktiga från varandra och representerar en fysisk enhet.
I detta skiljer sig det elektrostatiska fältet från den elektriska komponenten i det växlande elektromagnetiska fältet, som, som existerar i ett fritt tillstånd, har en virvelkaraktär, inte har någon källa och avlopp.
Ingen energi förbrukas för att bibehålla detta tillstånd av det elektrostatiska fältet. Det är bara nödvändigt när detta fält är etablerat (det tar energi att kontinuerligt avge ett elektromagnetiskt fält).
Ett elektrostatiskt fält kan detekteras av den mekaniska kraften som verkar på stationära laddade kroppar placerade i detta fält, såväl som genom att inducera eller rikta elektrostatiska laddningar på stationära metallkroppar och genom polarisering av stationära dielektriska kroppar placerade i detta fält.
Se även: