Elektrické a magnetické pole: Jaké jsou rozdíly?

Termín „pole“ v ruštině znamená velmi velkou plochu jednotného složení, například pšenici nebo brambory.

Ve fyzice a elektrotechnice se používá k popisu různých druhů látek, například elektromagnetických, skládajících se z elektrických a magnetických složek.

S těmito formami hmoty je spojen elektrický náboj. Když je nehybný, je kolem něj vždy elektrické pole a když se pohybuje, vzniká i pole magnetické.

Představa člověka o povaze elektrického (přesněji elektrostatického) pole se utváří na základě experimentálních studií jeho vlastností, protože dosud neexistuje žádná jiná metoda výzkumu. U této metody bylo zjištěno, že působí na pohybující se a/nebo stacionární elektrické náboje určitou silou. Měřením jeho hodnoty se hodnotí hlavní provozní charakteristiky.

Elektrické pole

Vytvořeno:

• kolem elektrických nábojů (těles nebo částic);

• se změnami v magnetickém poli, ke kterým dochází například při pohybu elektromagnetické vlny. 

Je znázorněna siločárami, které jsou obvykle znázorněny jako vycházející z kladných nábojů a končící v záporných. Náboje jsou tedy zdroje elektrického pole. Pokud na ně působíte, můžete:

• identifikace přítomnosti pole;

• zadejte kalibrovanou hodnotu pro měření její hodnoty.

Pro praktické použití je výkonová charakteristika tzv. napětí, které se odhaduje působením na jedno nabití s ​​kladným znaménkem.

Magnetické pole

Působí na:

• elektrická tělesa a náboje v pohybu s určitým úsilím;

• magnetické momenty bez ohledu na stavy jejich pohybu.

Magnetické pole se vytváří:

• průchod proudu nabitých částic;

• sečtením magnetických momentů elektronů uvnitř atomů nebo jiných částic;

• s dočasnou změnou elektrického pole.

Je také znázorněna siločárami, ale ty jsou po obrysu uzavřené, nemají začátek a konec, na rozdíl od elektrických.

Interakce elektrických a magnetických polí

První teoretické a matematické zdůvodnění procesů probíhajících v elektromagnetickém poli provedl James Clerk Maxwell. Představil soustavu rovnic diferenciálních a integrálních forem, ve kterých ukázal vztah elektromagnetického pole k elektrickým nábojům a proudům tekoucím ve spojitém prostředí nebo vakuu.

Ve své práci používá zákony:

• Amperes, popisující tok proudu drátem a vytváření magnetické indukce kolem něj;

• Faraday, vysvětlující výskyt elektrického proudu z působení střídavého magnetického pole na uzavřený vodič.

Maxwellovy práce určily přesné vztahy mezi projevy elektrického a magnetického pole v závislosti na nábojích rozmístěných v prostoru.

Od vydání Maxwellových děl uplynulo mnoho času. Vědci neustále studují projevy experimentálních faktů mezi elektrickými a magnetickými poli, ale i nyní je obtížné určit jejich povahu. Výsledky jsou omezeny na čistě praktické aplikace uvažovaných jevů.

Vysvětluje se to tím, že s úrovní našich znalostí můžeme jen vytvářet hypotézy, protože zatím můžeme jen něco předpokládat.Příroda má přece nevyčerpatelné vlastnosti, které je třeba ještě hodně a dlouho studovat.

Srovnávací charakteristiky elektrických a magnetických polí

Zdroje vzdělání

Vzájemný vztah mezi poli elektřiny a magnetismu pomáhá pochopit zřejmý fakt: nejsou izolovaná, ale propojená, ale mohou se projevovat různými způsoby, představující jedinou entitu - elektromagnetické pole.

Pokud si představíme, že se z vesmíru v nějakém bodě vytvoří nehomogenní pole elektrického náboje, které je vzhledem k povrchu Země stacionární, pak nebude fungovat určit magnetické pole kolem něj v klidu.

Pokud se pozorovatel začne pohybovat vzhledem k tomuto náboji, pak se pole začne časem měnit a elektrická složka již vytvoří magnetickou, kterou může stálý výzkumník vidět svými měřicími přístroji.

Podobně k těmto jevům dojde, když se stacionární magnet umístí na nějaký povrch a vytvoří magnetické pole. Když se k němu pozorovatel začne pohybovat, zaznamená výskyt elektrického proudu.Tento proces popisuje jev elektromagnetické indukce.

Proto nedává příliš smysl říkat, že v uvažovaném bodě prostoru existuje pouze jedno ze dvou polí: elektrické nebo magnetické. Tuto otázku je třeba položit ve vztahu k referenčnímu rámci:

• stacionární;

• Pohyblivý.

Jinými slovy, vztažná soustava ovlivňuje projev elektrických a magnetických polí stejným způsobem jako sledování krajiny přes filtry různých odstínů. Změna barvy skla ovlivňuje naše vnímání celkového obrazu, ale i když vezmeme za základ přirozené světlo vzniklé průchodem slunečního světla vzdušnou atmosférou, nebude to věrný obraz jako celek. zkreslí to.

To znamená, že referenční soustava je jednou z možností studia elektromagnetického pole, umožňuje posuzovat jeho vlastnosti, konfiguraci. Ale to je vlastně jedno.

Indikátory elektromagnetického pole

Elektrické pole

Elektricky nabitá tělesa se používají jako indikátory ukazující přítomnost pole na určitém místě v prostoru. K pozorování elektrické součástky mohou používat elektrifikované malé kousky papíru, kuličky, rukávy, „sultány“.

Uvažujme příklad, kdy jsou dvě indikační kuličky volně zavěšeny na obou stranách plochého elektrifikovaného dielektrika. Budou stejně přitahovány k jeho povrchu a budou se protahovat v řadě.

Ve druhé fázi vložíme mezi jednu z kuliček a elektrifikované dielektrikum plochou kovovou desku. Tím se nezmění síly působící na indikátory. Míče svou pozici nezmění.

Třetí fáze experimentu souvisí s uzemněním plechu. Jakmile k tomu dojde, kulička indikátoru umístěná mezi elektrifikovaným dielektrikem a uzemněným kovem změní svou polohu a změní svůj směr na vertikální. Přestane být přitahován k desce a bude podléhat pouze gravitačním silám gravitace.

Tato zkušenost ukazuje, že uzemněné kovové štíty blokují šíření siločar elektrického pole.

Magnetické pole

V tomto případě mohou být indikátory:

• ocelové piliny;

• uzavřená smyčka, kterou protéká elektrický proud;

• magnetická střelka (příklad kompasu).

Princip distribuce ocelových hoblin podél magnetických siločar je nejrozšířenější. Je také zahrnuta do činnosti magnetické jehly, která je pro snížení odporu třecích sil upevněna na ostrém hrotu a získává tak dodatečnou volnost otáčení.

Zákony popisující interakce polí s nabitými tělesy

Elektrická pole

Coulombova experimentální práce, prováděná s bodovými náboji zavěšenými na tenkém a dlouhém vláknu křemene, posloužila k objasnění obrazu procesů probíhajících v elektrických polích.

Když se k nim dostal nabitý míč, ovlivnil jejich polohu a donutil je vychýlit se o určitou hodnotu. Tato hodnota je pevně stanovena na číselníku stupnice speciálně navrženého zařízení.

Tímto způsobem vznikají síly vzájemného působení mezi elektrickými náboji, tzv elektrický, Coulombova interakce… Jsou popsány matematickými vzorci, které umožňují předběžné výpočty navržených zařízení.

Magnetické pole

Tady to funguje dobře Ampérův zákon založené na interakci vodiče s proudem umístěného uvnitř magnetických siločar.

Pro směr síly působící na vodič s proudem platí pravidlo využívající uspořádání prstů levé ruky. Čtyři spojené prsty musí být umístěny ve směru proudu a siločáry magnetického pole musí vstupovat do dlaně. Poté vystrčený palec ukáže směr požadované síly.

Letová grafika

K jejich označení v rovině výkresu se používají siločáry.

Elektrická pole

K označení linií napětí v této situaci se používá potenciální pole, když jsou přítomny stacionární náboje. Siločára vychází z kladného náboje a směřuje k zápornému.

Příkladem modelování elektrického pole je varianta umístění krystalů chininu do oleje. Modernější metodou je využití počítačových programů grafiků.

Umožňují vytvářet obrazy ekvipotenciálních ploch, odhadovat číselnou hodnotu elektrického pole a analyzovat různé situace.

Magnetické pole

Pro větší přehlednost zobrazení používají čáry charakteristické pro vírové pole, když jsou uzavřeny smyčkou. Výše uvedený příklad s ocelovými pilníky tento jev jasně ilustruje.

Výkonové charakteristiky

Je obvyklé je vyjadřovat jako vektorové veličiny, které mají:

• určitý postup;

• hodnota síly vypočtená podle příslušného vzorce.

Elektrická pole

Vektor intenzity elektrického pole při jednotkovém náboji lze znázornit ve formě trojrozměrného obrazu.

Jeho velikost:

• nasměrováno od středu náboje;

• má rozměr, který závisí na metodě výpočtu;

• je určen bezkontaktním působením, tedy na dálku, jako poměr působící síly k náboji.

Magnetické pole

Napětí vznikající v cívce je možné vidět jako příklad na následujícím obrázku.

Magnetické siločáry v něm z každé zatáčky ven mají stejný směr a sčítají se. Uvnitř otočného prostoru jsou směrovány opačně. Kvůli tomu je vnitřní pole oslabeno.

Velikost napětí je ovlivněna:

• síla proudu procházejícího cívkou;

• počet a hustota vinutí, která určují axiální délku cívky.

Vyšší proudy zvyšují magnetomotorickou sílu. Také ve dvou cívkách se stejným počtem závitů, ale rozdílnou hustotou vinutí, když protéká stejný proud, bude tato síla vyšší tam, kde jsou závity blíže.

Elektrická a magnetická pole mají tedy určité rozdíly, ale jsou to vzájemně propojené součásti jedné společné věci, elektromagnetické.