Elektriskais un magnētiskais lauks: kādas ir atšķirības?

Termins "lauks" krievu valodā nozīmē ļoti lielu viendabīga sastāva apgabalu, piemēram, kviešus vai kartupeļus.

Fizikā un elektrotehnikā to lieto, lai aprakstītu dažādu veidu vielas, piemēram, elektromagnētiskās, kas sastāv no elektriskiem un magnētiskiem komponentiem.

Elektriskais lādiņš ir saistīts ar šīm matērijas formām. Kad tas ir nekustīgs, ap to vienmēr ir elektriskais lauks, un, pārvietojoties, veidojas arī magnētiskais lauks.

Cilvēka priekšstats par elektriskā (precīzāk, elektrostatiskā) lauka būtību veidojas, pamatojoties uz eksperimentāliem tā īpašību pētījumiem, jo ​​joprojām nav citas izpētes metodes. Ar šo metodi tika konstatēts, ka tas iedarbojas uz kustīgiem un/vai stacionāriem elektriskiem lādiņiem ar noteiktu spēku. Izmērot tā vērtību, tiek novērtēti galvenie darbības raksturlielumi.

Elektriskais lauks

Veidojas:

• ap elektriskajiem lādiņiem (ķermeņiem vai daļiņām);

• ar izmaiņām magnētiskajā laukā, piemēram, notiek kustības laikā elektromagnētiskie viļņi. 

Tas ir attēlots ar spēka līnijām, kuras parasti tiek parādītas kā izplūstošas ​​no pozitīviem lādiņiem un beidzas ar negatīvām. Tādējādi lādiņi ir elektriskā lauka avoti. Rīkojoties uz tiem, jūs varat:

• lauka klātbūtnes noteikšana;

• ievadiet kalibrētu vērtību, lai izmērītu tās vērtību.

Praktiskai lietošanai jaudas raksturlielums tā sauktais spriegums, kas tiek novērtēts pēc vienas uzlādes darbības ar pozitīvu zīmi.

Magnētiskais lauks

Darbojas:

• elektriski ķermeņi un lādiņi kustībā ar noteiktu piepūli;

• magnētiskos momentus, neņemot vērā to kustības stāvokļus.

Magnētiskais lauks tiek izveidots:

• uzlādētu daļiņu strāvas pāreja;

• summējot elektronu magnētiskos momentus atomos vai citās daļiņās;

• ar īslaicīgām elektriskā lauka izmaiņām.

Tas ir attēlots arī ar spēka līnijām, taču tās ir noslēgtas pa kontūru, tām atšķirībā no elektriskajām nav sākuma un beigu.

Elektrisko un magnētisko lauku mijiedarbība

Pirmo elektromagnētiskajā laukā notiekošo procesu teorētisko un matemātisko pamatojumu veica Džeimss Klerks Maksvels. Viņš iepazīstināja ar diferenciālo un integrālo formu vienādojumu sistēmu, kurā viņš parādīja elektromagnētiskā lauka saistību ar elektriskajiem lādiņiem un strāvām, kas plūst nepārtrauktā vidē vai vakuumā.

Savā darbā viņš izmanto likumus:

• Amperi, kas raksturo strāvas plūsmu caur vadu un magnētiskās indukcijas radīšanu ap to;

• Faradejs, izskaidrojot elektriskās strāvas rašanos no mainīga magnētiskā lauka iedarbības uz slēgtu vadītāju.

Maksvela darbi noteica precīzas attiecības starp elektriskā un magnētiskā lauka izpausmēm atkarībā no lādiņiem, kas sadalīti telpā.

Kopš Maksvela darbu publicēšanas ir pagājis daudz laika. Zinātnieki nepārtraukti pēta eksperimentālo faktu izpausmes starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem, taču pat tagad ir grūti noteikt to būtību. Rezultāti aprobežojas ar aplūkojamo parādību tīri praktisku pielietojumu.

Tas izskaidrojams ar to, ka ar savu zināšanu līmeni mēs varam tikai izvirzīt hipotēzes, jo pagaidām varam tikai kaut ko pieņemt.Galu galā dabai ir neizsmeļamas īpašības, kuras vēl daudz un ilgi jāpēta.

Elektrisko un magnētisko lauku salīdzinošās īpašības

Izglītības avoti

Elektrības un magnētisma lauku savstarpējās attiecības palīdz izprast acīmredzamo faktu: tie nav izolēti, bet gan saistīti, bet var izpausties dažādos veidos, pārstāvot vienu vienību - elektromagnētisko lauku.

Ja iedomājamies, ka no kosmosa kādā brīdī tiek izveidots neviendabīgs elektriskā lādiņa lauks, kas ir nekustīgs attiecībā pret Zemes virsmu, tad miera stāvoklī ap to nedarbosies noteikt magnētisko lauku.

Ja novērotājs sāks kustēties attiecībā pret šo lādiņu, tad lauks ar laiku sāks mainīties, un elektriskā sastāvdaļa jau veidos magnētisku, ko pastāvīgais pētnieks var redzēt ar saviem mērinstrumentiem.

Līdzīgi šīs parādības notiks, kad uz kādas virsmas tiek novietots stacionārs magnēts, radot magnētisko lauku. Kad novērotājs sāk virzīties uz to, viņš atklās elektriskās strāvas parādīšanos.Šis process apraksta elektromagnētiskās indukcijas fenomenu.

Tāpēc nav jēgas teikt, ka aplūkotajā telpas punktā ir tikai viens no diviem laukiem: elektriskais vai magnētiskais. Šis jautājums ir jāuzdod saistībā ar atsauces sistēmu:

• stacionārs;

• Pārvietojama.

Citiem vārdiem sakot, atskaites sistēma ietekmē elektrisko un magnētisko lauku izpausmes tāpat kā ainavu skatīšana caur dažādu nokrāsu filtriem. Stikla krāsas maiņa ietekmē mūsu priekšstatu par kopējo ainu, taču pat tad, ja par pamatu ņemam dabisko gaismu, ko rada saules gaismas caurlaidība gaisa atmosfērā, tā nesniegs patieso ainu kopumā. to sagrozīs.

Tas nozīmē, ka atskaites rāmis ir viens no veidiem, kā pētīt elektromagnētisko lauku, tas ļauj novērtēt tā īpašības, konfigurāciju. Bet tam īsti nav nozīmes.

Elektromagnētiskā lauka indikatori

Elektriskais lauks

Elektriski uzlādēti ķermeņi tiek izmantoti kā indikatori, kas parāda lauka klātbūtni noteiktā kosmosa vietā. Viņi var izmantot elektrificētus mazus papīra gabaliņus, bumbiņas, piedurknes, "sultānus", lai novērotu elektrisko komponentu.

Apskatīsim piemēru, kur divas indikatora lodītes ir novietotas brīvā balstiekārtā plakana elektrificēta dielektriķa abās pusēs. Tie būs vienādi piesaistīti tās virsmai un izstiepsies vienā līnijā.

Otrajā posmā mēs ievietojam plakanu metāla plāksni starp vienu no bumbiņām un elektrificētu dielektriķi. Tas nemainīs spēkus, kas iedarbojas uz indikatoriem. Bumbiņas nemainīs savu pozīciju.

Eksperimenta trešais posms ir saistīts ar metāla loksnes zemējumu. Tiklīdz tas notiks, indikatora bumbiņa, kas atrodas starp elektrificēto dielektriķi un iezemēto metālu, mainīs savu pozīciju, mainot virzienu uz vertikālu. Tas pārstās piesaistīties plāksnei un tiks pakļauts tikai gravitācijas gravitācijas spēkiem.

Šī pieredze liecina, ka iezemēti metāla vairogi bloķē elektriskā lauka līniju izplatīšanos.

Magnētiskais lauks

Šajā gadījumā rādītāji var būt:

• tērauda vīles;

• slēgta cilpa, caur kuru plūst elektriskā strāva;

• magnētiskā adata (kompasa piemērs).

Tērauda skaidu sadalīšanas princips pa magnētiskajām spēka līnijām ir visizplatītākais. Tas ir iekļauts arī magnētiskās adatas darbībā, kas, lai samazinātu berzes spēku pretestību, tiek fiksēta uz asa punkta un tādējādi saņem papildu rotācijas brīvību.

Likumi, kas apraksta lauku mijiedarbību ar uzlādētiem ķermeņiem

Elektriskie lauki

Kulona eksperimentālais darbs, kas tika veikts ar punktveida lādiņiem, kas suspendēti uz tievas un garas kvarca pavediena, kalpoja, lai precizētu priekšstatu par procesiem, kas notiek elektriskajos laukos.

Kad pie viņiem tika nogādāta uzlādēta bumba, pēdējā ietekmēja viņu stāvokli, liekot viņiem novirzīties par noteiktu summu. Šī vērtība ir fiksēta uz speciāli izstrādātas ierīces skalas.

Tādā veidā elektrisko lādiņu savstarpējās darbības spēki, t.s elektriskā, Kulona mijiedarbība… Tie ir aprakstīti ar matemātiskām formulām, kas ļauj veikt provizoriskus projektēto ierīču aprēķinus.

Magnētiskie lauki

Šeit tas darbojas labi Ampera likums pamatojoties uz magnētisko spēka līniju iekšpusē novietota strāvu nesoša vadītāja mijiedarbību.

Noteikums, kurā izmanto kreisās rokas pirkstu izvietojumu, attiecas uz spēka virzienu, kas iedarbojas uz strāvu nesošo vadu. Četriem kopā savienotajiem pirkstiem jābūt novietotiem strāvas virzienā, un magnētiskā lauka spēka līnijām jāievada plaukstā. Tad izvirzītais īkšķis norādīs vēlamā spēka virzienu.

Lidojuma grafika

Spēka līnijas tiek izmantotas, lai tās norādītu zīmējuma plaknē.

Elektriskie lauki

Lai norādītu sprieguma līnijas šajā situācijā, tiek izmantots potenciālais lauks, kad ir stacionāri lādiņi. Spēka līnija iziet no pozitīvā lādiņa un iet uz negatīvo.

Elektriskā lauka modelēšanas piemērs ir hinīna kristālu ievietošanas eļļā variants. Mūsdienīgāka metode ir grafisko dizaineru datorprogrammu izmantošana.

Tie ļauj izveidot ekvipotenciālu virsmu attēlus, novērtēt elektriskā lauka skaitlisko vērtību un analizēt dažādas situācijas.

Magnētiskie lauki

Lai iegūtu lielāku displeja skaidrību, tiek izmantotas virpuļlaukam raksturīgas līnijas, kad tās ir aizvērtas ar cilpu. Iepriekš minētais piemērs ar tērauda failiem skaidri ilustrē šo parādību.

Jaudas raksturlielumi

Ir ierasts tos izteikt kā vektora lielumus, kuriem ir:

• noteikts darbības virziens;

• spēka vērtība, kas aprēķināta pēc atbilstošās formulas.

Elektriskie lauki

Elektriskā lauka intensitātes vektoru pie vienības lādiņa var attēlot trīsdimensiju attēla formā.

Tās lielums:

• vērsta prom no uzlādes centra;

• ir izmērs, kas ir atkarīgs no aprēķina metodes;

• tiek noteikts ar bezkontakta darbību, tas ir, attālumā, kā darbības spēka attiecību pret lādiņu.

Magnētiskie lauki

Spriegumu, kas rodas spolē, var redzēt kā piemēru nākamajā attēlā.

Magnētiskajām spēka līnijām tajā no katra pagrieziena ārpusē ir vienāds virziens un summējas. Pagrieziena-pagrieziena telpas iekšpusē tie ir vērsti pretēji. Sakarā ar to iekšējais lauks ir novājināts.

Sprieguma lielumu ietekmē:

• strāvas stiprums, kas iet caur spoli;

• tinumu skaits un blīvums, kas nosaka spoles aksiālo garumu.

Lielākas strāvas palielina magnetomotīves spēku. Tāpat divās spoles ar vienādu apgriezienu skaitu, bet atšķirīgu tinumu blīvumu, plūstot vienādai strāvai, šis spēks būs lielāks tur, kur vijumi ir tuvāk.

Tādējādi elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem ir noteiktas atšķirības, taču tie ir vienas kopīgas lietas, elektromagnētiskā, savstarpēji saistītas sastāvdaļas.