Elektrinis ir magnetinis laukai: kokie yra skirtumai?

Terminas „laukas“ rusų kalba reiškia labai didelį vienodos sudėties plotą, pavyzdžiui, kviečius ar bulves.

Fizikoje ir elektrotechnikoje jis naudojamas apibūdinti įvairių tipų medžiagas, pavyzdžiui, elektromagnetines, susidedančias iš elektrinių ir magnetinių komponentų.

Elektros krūvis yra susijęs su šiomis materijos formomis. Kai jis stovi, aplink jį visada yra elektrinis laukas, o jam judant taip pat susidaro magnetinis laukas.

Žmogaus idėja apie elektrinio (tiksliau, elektrostatinio) lauko prigimtį susidaro remiantis eksperimentiniais jo savybių tyrimais, nes kito tyrimo metodo vis dar nėra. Taikant šį metodą, buvo nustatyta, kad jis tam tikra jėga veikia judančius ir (arba) nejudančius elektros krūvius. Matuojant jo vertę, įvertinamos pagrindinės eksploatacinės charakteristikos.

Elektrinis laukas

Susidarė:

• aplink elektros krūvius (kūnus ar daleles);

• su magnetinio lauko pokyčiais, pavyzdžiui, vykstant judėjimui elektromagnetines bangas. 

Jis pavaizduotas jėgos linijomis, kurios paprastai rodomos kaip kylančios iš teigiamų krūvių ir baigiančios neigiamais. Taigi, krūviai yra elektrinio lauko šaltinis. Veikdami pagal juos galite:

• lauko buvimo nustatymas;

• įveskite kalibruotą vertę, kad išmatuotų jos vertę.

Praktiniam naudojimui galios charakteristika vadinama įtampa, kuri apskaičiuojama pagal vieno įkrovimo veiksmą su teigiamu ženklu.

Magnetinis laukas

Veikia:

• tam tikromis pastangomis judantys elektriniai kūnai ir krūviai;

• magnetiniai momentai, neatsižvelgiant į jų judėjimo būsenas.

Magnetinis laukas sukuriamas:

• įkrautų dalelių srovės pratekėjimas;

• sumuojant elektronų magnetinius momentus atomų ar kitų dalelių viduje;

• laikinai pasikeitus elektriniam laukui.

Taip pat vaizduojamas jėgos linijomis, tačiau jos uždarytos išilgai kontūro, neturi pradžios ir pabaigos, skirtingai nei elektrinės.

Elektrinių ir magnetinių laukų sąveika

Pirmąjį teorinį ir matematinį elektromagnetiniame lauke vykstančių procesų pagrindimą atliko Jamesas Clerkas Maxwellas. Jis pateikė diferencialinių ir integralinių formų lygčių sistemą, kurioje parodė elektromagnetinio lauko ryšį su elektros krūviais ir srovėmis, tekančiomis ištisinėje terpėje arba vakuume.

Savo darbe jis naudojasi dėsniais:

• Amperai, apibūdinantys srovės tekėjimą per laidą ir magnetinės indukcijos aplink jį sukūrimą;

• Faradėjus, paaiškinantis elektros srovės atsiradimą dėl kintamo magnetinio lauko veikimo uždarame laidininke.

Maksvelo darbai nustatė tikslius ryšius tarp elektrinių ir magnetinių laukų pasireiškimų, priklausomai nuo erdvėje pasiskirstančių krūvių.

Nuo Maksvelo darbų paskelbimo praėjo daug laiko. Mokslininkai nuolat tiria eksperimentinių faktų apraiškas tarp elektrinių ir magnetinių laukų, tačiau net ir dabar sunku nustatyti jų prigimtį. Rezultatai apsiriboja grynai praktiniu nagrinėjamų reiškinių pritaikymu.

Tai paaiškinama tuo, kad turėdami savo žinių lygį galime tik kelti hipotezes, nes kol kas galime tik kažką daryti, juk gamta turi neišsenkančių savybių, kurias dar reikia daug ir ilgai tyrinėti.

Lyginamosios elektrinių ir magnetinių laukų charakteristikos

Švietimo šaltiniai

Elektros ir magnetizmo laukų tarpusavio ryšys padeda suprasti akivaizdų faktą: jie nėra izoliuoti, o sujungti, tačiau gali pasireikšti įvairiai, reprezentuodami vieną darinį – elektromagnetinį lauką.

Jei įsivaizduosime, kad tam tikru momentu iš kosmoso susidaro nehomogeninis elektros krūvio laukas, kuris yra nejudantis Žemės paviršiaus atžvilgiu, tada ramybės būsenoje nustatyti aplink jį esantį magnetinį lauką nepavyks.

Jei stebėtojas pradės judėti šio krūvio atžvilgiu, tai laukas laikui bėgant pradės keistis, o elektrinis komponentas jau suformuos magnetinį, kurį nuolatinis tyrinėtojas gali matyti savo matavimo prietaisais.

Panašiai šie reiškiniai įvyks, kai ant kurio nors paviršiaus bus pastatytas stacionarus magnetas, sukuriantis magnetinį lauką. Kai stebėtojas pradeda judėti link jo, jis aptiks elektros srovės atsiradimą.Šis procesas apibūdina elektromagnetinės indukcijos reiškinį.

Todėl nėra prasmės sakyti, kad nagrinėjamame erdvės taške yra tik vienas iš dviejų laukų: elektrinis arba magnetinis. Šį klausimą reikia užduoti atsižvelgiant į atskaitos sistemą:

• stacionarus;

• Kilnojamas.

Kitaip tariant, atskaitos sistema veikia elektrinių ir magnetinių laukų pasireiškimą taip pat, kaip ir peizažų peržiūra per skirtingų atspalvių filtrus. Stiklo spalvos pokytis turi įtakos mūsų bendro vaizdo suvokimui, tačiau net jei remsimės natūralia šviesa, kurią sukuria saulės spinduliai prasiskverbę per oro atmosferą, ji nesuteiks tikrojo vaizdo kaip visumos. jį iškraipys.

Tai reiškia, kad atskaitos rėmas yra vienas iš elektromagnetinio lauko tyrimo būdų, leidžia įvertinti jo savybes, konfigūraciją. Bet tai tikrai nesvarbu.

Elektromagnetinio lauko indikatoriai

Elektrinis laukas

Elektra įkrauti kūnai naudojami kaip indikatoriai, rodantys lauko buvimą tam tikroje erdvės vietoje. Elektros komponento stebėjimui jie gali naudoti įelektrintus mažus popieriaus gabalėlius, kamuoliukus, rankoves, „sultanus“.

Panagrinėkime pavyzdį, kai du indikatoriniai rutuliai yra patalpinti į laisvą pakabą iš abiejų plokščio elektrifikuoto dielektriko pusių. Jie vienodai pritrauks jo paviršių ir tęsis linija.

Antrame etape tarp vieno iš rutuliukų ir elektrifikuoto dielektriko dedame plokščią metalinę plokštę. Tai nepakeis rodiklius veikiančių jėgų. Kamuoliukai savo padėties nepakeis.

Trečiasis eksperimento etapas yra susijęs su metalo lakšto įžeminimu. Kai tik tai atsitiks, indikatorinis rutulys, esantis tarp elektrifikuoto dielektriko ir įžeminto metalo, pakeis savo padėtį, pakeisdamas kryptį į vertikalią. Jis nustos traukti prie plokštės ir bus veikiamas tik gravitacijos gravitacijos jėgų.

Ši patirtis rodo, kad įžeminti metaliniai skydai blokuoja elektrinio lauko linijų sklidimą.

Magnetinis laukas

Tokiu atveju rodikliai gali būti:

• plieninės drožlės;

• uždara kilpa, kuria teka elektros srovė;

• magnetinė adata (kompaso pavyzdys).

Plačiausiai paplitęs plieninių drožlių paskirstymo pagal magnetines jėgos linijas principas. Jis taip pat įtrauktas į magnetinės adatos veikimą, kuri, siekiant sumažinti trinties jėgų priešpriešą, yra pritvirtinta prie aštraus taško ir taip gauna papildomos sukimosi laisvės.

Dėsniai, apibūdinantys laukų sąveiką su įelektrintais kūnais

Elektriniai laukai

Kulono eksperimentinis darbas, atliktas taškiniais krūviais, pakabintais ant plono ir ilgo kvarco gijos, padėjo išsiaiškinti elektriniuose laukuose vykstančių procesų vaizdą.

Kai šalia jų buvo atneštas įkrautas rutulys, pastarasis paveikė jų padėtį, priversdamas juos tam tikru dydžiu nukrypti. Ši vertė fiksuojama specialiai sukurto įrenginio skalėje.

Tokiu būdu elektros krūvių tarpusavio veikimo jėgos, vadinamosios elektrinė, Kulono sąveika… Jie aprašomi matematinėmis formulėmis, leidžiančiomis preliminariai apskaičiuoti projektuojamus įrenginius.

Magnetiniai laukai

Čia gerai veikia Ampero dėsnis remiantis srovę nešančio laidininko, esančio magnetinių jėgos linijų viduje, sąveika.

Kairiosios rankos pirštų išdėstymo taisyklė taikoma jėgos, veikiančios srovę nešantį laidą, krypčiai. Keturi sujungti pirštai turi būti išdėstyti srovės kryptimi, o magnetinio lauko jėgos linijos turi patekti į delną. Tada išsikišęs nykštys parodys norimos jėgos kryptį.

Skrydžio grafika

Jėgos linijos naudojamos joms nurodyti brėžinio plokštumoje.

Elektriniai laukai

Norint nurodyti įtempių linijas šioje situacijoje, naudojamas potencialo laukas, kai yra stacionarių krūvių. Jėgos linija išeina iš teigiamo krūvio ir eina į neigiamą.

Elektrinio lauko modeliavimo pavyzdys – chinino kristalų įdėjimo į aliejų variantas. Šiuolaikiškesnis būdas – grafikos dizainerių kompiuterinių programų naudojimas.

Jie leidžia kurti ekvipotencinių paviršių vaizdus, ​​įvertinti elektrinio lauko skaitinę reikšmę ir analizuoti įvairias situacijas.

Magnetiniai laukai

Siekiant didesnio ekrano aiškumo, jie naudoja linijas, būdingas sūkurio laukui, kai uždarytas kilpa. Aukščiau pateiktas pavyzdys su plieninėmis dildėmis aiškiai iliustruoja šį reiškinį.

Galios charakteristikos

Įprasta juos išreikšti kaip vektorinius dydžius, turinčius:

• tam tikra veiksmų eiga;

• jėgos vertė, apskaičiuota pagal atitinkamą formulę.

Elektriniai laukai

Elektrinio lauko stiprumo vektorius, esant vienetiniam krūviui, gali būti pavaizduotas trimačio vaizdo forma.

Jo dydis:

• nukreiptas nuo įkrovimo centro;

• turi matmenis, kurie priklauso nuo skaičiavimo metodo;

• yra nulemtas nekontaktinio veikimo, tai yra per atstumą, kaip veikiančios jėgos ir krūvio santykis.

Magnetiniai laukai

Ritėje kylanti įtampa gali būti pateikta kaip pavyzdys toliau pateiktame paveikslėlyje.

Magnetinės jėgos linijos jame nuo kiekvieno posūkio išorėje turi tą pačią kryptį ir sumuojasi. Viduje posūkio į posūkį erdvėje jie yra nukreipti priešingai. Dėl to susilpnėja vidinis laukas.

Įtampos dydžiui įtakos turi:

• srovės, einančios per ritę, stiprumas;

• apvijų skaičius ir tankis, kurie lemia ritės ašinį ilgį.

Didesnės srovės padidina magnetovaros jėgą. Taip pat dviejose ritėse su vienodu apsisukimų skaičiumi, bet skirtingu apvijų tankiu, tekant vienodai srovei, ši jėga bus didesnė ten, kur posūkiai yra arčiau.

Taigi elektriniai ir magnetiniai laukai turi neabejotinų skirtumų, tačiau jie yra tarpusavyje susiję vieno bendro dalyko, elektromagnetinio, komponentai.