Električno in magnetno polje: kakšne so razlike?

Izraz "polje" v ruščini pomeni zelo veliko območje enotne sestave, na primer pšenice ali krompirja.

V fiziki in elektrotehniki se uporablja za opis različnih vrst snovi, na primer elektromagnetne, sestavljene iz električnih in magnetnih komponent.

Električni naboj je povezan s temi oblikami snovi. Ko miruje, je okoli njega vedno električno polje, ko se premika pa nastane tudi magnetno polje.

Človekova predstava o naravi električnega (natančneje, elektrostatičnega) polja se oblikuje na podlagi eksperimentalnih študij njegovih lastnosti, saj še vedno ni druge metode raziskovanja. S to metodo je bilo ugotovljeno, da deluje na gibljive in/ali mirujoče električne naboje z določeno silo. Z merjenjem njegove vrednosti se ocenijo glavne operativne značilnosti.

Električno polje

Ustanovljeno:

• okrog električnih nabojev (teles ali delcev);

• s spremembami v magnetnem polju, kot se pojavijo med gibanjem elektromagnetni valovi. 

Upodobljen je s silnicami, ki so običajno prikazane kot izhajajoče iz pozitivnih nabojev in končane v negativnih. Naboji so torej viri električnega polja. Z ravnanjem po njih lahko:

• ugotavljanje prisotnosti polja;

• vnesite umerjeno vrednost, da izmerite njeno vrednost.

Za praktično uporabo je močnostna značilnost tako imenovana napetost, ki se ocenjuje z delovanjem na en sam naboj s pozitivnim predznakom.

Magnetno polje

Deluje na:

• električna telesa in naboji v gibanju z določenim naporom;

• magnetnih momentov brez upoštevanja stanj njihovega gibanja.

Magnetno polje nastane:

• prehod toka nabitih delcev;

• s seštevanjem magnetnih momentov elektronov znotraj atomov ali drugih delcev;

• z začasno spremembo električnega polja.

Upodobljen je tudi s črtami sile, vendar so zaprti vzdolž konture, nimajo začetka in konca, za razliko od električnih.

Interakcija električnega in magnetnega polja

Prvo teoretično in matematično utemeljitev procesov, ki se odvijajo v elektromagnetnem polju, je izvedel James Clerk Maxwell. Predstavil je sistem enačb diferencialne in integralne oblike, v katerem je prikazal odnos elektromagnetnega polja do električnih nabojev in tokov, ki tečejo v zveznem mediju ali vakuumu.

Pri svojem delu uporablja zakone:

• Ampere, ki opisujejo tok skozi žico in ustvarjanje magnetne indukcije okoli nje;

• Faraday, ki pojasnjuje nastanek električnega toka zaradi delovanja izmeničnega magnetnega polja na zaprt vodnik.

Maxwellova dela so določila natančna razmerja med manifestacijami električnega in magnetnega polja glede na naboje, porazdeljene v prostoru.

Od objave Maxwellovih del je minilo veliko časa. Znanstveniki nenehno preučujejo manifestacije eksperimentalnih dejstev med električnimi in magnetnimi polji, vendar je še zdaj težko ugotoviti njihovo naravo. Rezultati so omejeni na čisto praktično uporabo obravnavanih pojavov.

To je razloženo z dejstvom, da lahko z našo stopnjo znanja gradimo samo hipoteze, saj za zdaj lahko le nekaj domnevamo.Navsezadnje ima narava neizčrpne lastnosti, ki jih je treba še veliko in dolgo preučevati.

Primerjalne značilnosti električnega in magnetnega polja

Viri izobraževanja

Medsebojno razmerje med polji elektrike in magnetizma pomaga razumeti očitno dejstvo: nista izolirani, temveč povezani, vendar se lahko manifestirata na različne načine in predstavljata eno samo entiteto - elektromagnetno polje.

Če si predstavljamo, da se na neki točki iz vesolja ustvari nehomogeno polje električnega naboja, ki miruje glede na površino Zemlje, potem ne bo uspelo določiti magnetnega polja okoli njega v mirovanju.

Če se opazovalec začne premikati glede na ta naboj, se bo polje s časom začelo spreminjati in električna komponenta bo že oblikovala magnetno, kar lahko stalni raziskovalec vidi s svojimi merilnimi instrumenti.

Podobno se bodo ti pojavi pojavili, ko se na neko površino postavi stacionarni magnet, ki ustvarja magnetno polje. Ko se opazovalec začne premikati proti njej, bo zaznal pojav električnega toka.Ta proces opisuje pojav elektromagnetne indukcije.

Zato nima pravega smisla trditi, da na obravnavani točki prostora obstaja samo eno od dveh polj: električno ali magnetno. To vprašanje je treba zastaviti v povezavi z referenčnim okvirom:

• stacionarni;

• Premično.

Z drugimi besedami, referenčni okvir vpliva na manifestacijo električnih in magnetnih polj na enak način kot gledanje pokrajine skozi filtre različnih odtenkov. Sprememba barve stekla vpliva na naše dojemanje celotne slike, a tudi če za osnovo vzamemo naravno svetlobo, ki nastane pri prehodu sončne svetlobe skozi zračno atmosfero, ne bo dala prave slike kot celote, ga bo popačil.

To pomeni, da je referenčni okvir eden od načinov preučevanja elektromagnetnega polja, omogoča oceno njegovih lastnosti, konfiguracije. Ampak to pravzaprav ni pomembno.

Indikatorji elektromagnetnega polja

Električno polje

Električno nabita telesa se uporabljajo kot indikatorji prisotnosti polja na določenem mestu v prostoru. Za opazovanje električne komponente lahko uporabljajo naelektrene majhne koščke papirja, kroglice, tulce, »sultane«.

Oglejmo si primer, ko sta dve indikatorski krogli nameščeni v prostem vzmetenju na obeh straneh ploščatega naelektrenega dielektrika. Enako jih bo privlačila njegova površina in se bodo raztezali v liniji.

V drugi fazi med eno izmed kroglic in naelektren dielektrik postavimo ravno kovinsko ploščo. To ne bo spremenilo sil, ki delujejo na indikatorje. Žoge ne bodo spremenile svojega položaja.

Tretja faza eksperimenta je povezana z ozemljitvijo pločevine. Takoj, ko se to zgodi, bo indikatorska krogla, ki se nahaja med naelektrenim dielektrikom in ozemljeno kovino, spremenila svoj položaj in spremenila svojo smer v navpično. Nehala ga bo privlačiti plošča in bo podvržena le gravitacijskim silam gravitacije.

Ta izkušnja kaže, da ozemljeni kovinski ščiti blokirajo širjenje električnih silnic.

Magnetno polje

V tem primeru so lahko kazalniki:

• jekleni opilki;

• zaprta zanka, skozi katero teče električni tok;

• magnetna igla (primer kompasa).

Načelo porazdelitve jeklenih ostružkov vzdolž magnetnih silnic je najbolj razširjeno. Vključena je tudi v delovanje magnetne igle, ki se zaradi zmanjšanja nasprotja tornih sil pritrdi na ostro konico in tako dobi dodatno svobodo vrtenja.

Zakoni, ki opisujejo interakcije polj z naelektrenimi telesi

Električna polja

Coulombovo eksperimentalno delo, izvedeno s točkastimi naboji, obešenimi na tanki in dolgi niti iz kremena, je razjasnilo sliko procesov, ki potekajo v električnih poljih.

Ko se jim je v bližino približala naelektrena žogica, je ta vplivala na njihov položaj in jih prisilila v določeno odstopanje. Ta vrednost je določena na skali posebej izdelane naprave.

Na ta način se sile medsebojnega delovanja med električnimi naboji, t.i električna, Coulombova interakcija… Opisujejo jih matematične formule, ki omogočajo predhodne izračune zasnovanih naprav.

Magnetna polja

Tukaj deluje dobro Amperov zakon ki temelji na interakciji prevodnika s tokom, ki je nameščen znotraj magnetnih silnic.

Za smer sile, ki deluje na žico, po kateri teče tok, velja pravilo, ki uporablja razporeditev prstov leve roke. Štirje spojeni prsti morajo biti postavljeni v smeri toka, silnice magnetnega polja pa morajo prehajati v dlan. Nato bo štrleči palec pokazal smer želene sile.

Grafika letenja

Silnice se uporabljajo za njihovo označevanje v ravnini risbe.

Električna polja

Za prikaz linij napetosti v tej situaciji se uporabi potencialno polje, ko so prisotni stacionarni naboji. Linija sile izhaja iz pozitivnega naboja in gre proti negativnemu.

Primer modeliranja električnega polja je varianta postavitve kristalov kinina v olje. Sodobnejši način je uporaba računalniških programov grafičnih oblikovalcev.

Omogočajo ustvarjanje slik ekvipotencialnih površin, oceno numerične vrednosti električnega polja in analizo različnih situacij.

Magnetna polja

Za večjo jasnost prikaza uporabljajo črte, ki so značilne za vrtinčno polje, ko je zaprto z zanko. Zgornji primer z jeklenimi pilami jasno prikazuje ta pojav.

Značilnosti moči

Običajno jih izražamo kot vektorske količine, ki imajo:

• določen način delovanja;

• vrednost sile, izračunana z ustrezno formulo.

Električna polja

Vektor električne poljske jakosti pri enotskem naboju lahko predstavimo v obliki tridimenzionalne slike.

Njegova velikost:

• usmerjena stran od središča naboja;

• ima dimenzijo, ki je odvisna od metode izračuna;

• se določi z brezkontaktnim delovanjem, to je na daljavo, kot razmerje med delujočo silo in nabojem.

Magnetna polja

Napetost, ki nastane v tuljavi, je prikazana kot primer na naslednji sliki.

Magnetne silnice v njem od vsakega zunanjega zavoja imajo enako smer in se seštevajo. Znotraj prostora od zavoja do zavoja sta usmerjeni nasprotno. Zaradi tega je notranje polje oslabljeno.

Na velikost napetosti vpliva:

• jakost toka, ki teče skozi tuljavo;

• število in gostota navitij, ki določata osno dolžino tuljave.

Višji tokovi povečajo magnetno gibalno silo. Poleg tega bo v dveh tuljavah z enakim številom ovojev, a različno gostoto navitja, ko teče enak tok, ta sila večja tam, kjer sta ovoja bližje.

Tako imata električno in magnetno polje določene razlike, vendar sta medsebojno povezani komponenti ene skupne stvari, elektromagnetnega.