Câmp electric și magnetic: care sunt diferențele?

Termenul „câmp” în limba rusă înseamnă o zonă foarte mare de compoziție uniformă, de exemplu grâu sau cartofi.

În fizică și inginerie electrică, este folosit pentru a descrie diferite tipuri de materie, de exemplu electromagnetică, constând din componente electrice și magnetice.

Sarcina electrică este asociată cu aceste forme de materie. Când este staționar, există întotdeauna un câmp electric în jurul lui, iar când se mișcă, se formează și un câmp magnetic.

Ideea omului despre natura câmpului electric (mai precis, electrostatic) se formează pe baza studiilor experimentale ale proprietăților sale, deoarece încă nu există o altă metodă de cercetare. Prin această metodă s-a constatat că acţionează asupra sarcinilor electrice în mişcare şi/sau staţionare cu o anumită forţă. Măsurându-i valoarea, sunt evaluate principalele caracteristici operaționale.

Câmp electric

Format:

• în jurul sarcinilor electrice (corpuri sau particule);

• cu modificări ale câmpului magnetic, cum ar fi cele care apar în timpul mișcării undele electromagnetice. 

Este înfățișat cu linii de forță, care sunt de obicei arătate ca emanând din sarcini pozitive și care se termină în cele negative. Sarcinile sunt astfel surse de câmp electric. Acționând asupra lor, puteți:

• identificarea prezenței unui câmp;

• introduceți o valoare calibrată pentru a măsura valoarea acesteia.

Pentru utilizare practică, puterea caracteristică așa-numita tensiune, care este estimată prin acțiunea asupra unei singure sarcini cu semn pozitiv.

Camp magnetic

Acționează asupra:

• corpuri electrice și sarcini în mișcare cu un efort definit;

• momentele magnetice fără a lua în considerare stările de mișcare a acestora.

Câmpul magnetic este creat:

• trecerea unui curent de particule încărcate;

• prin însumarea momentelor magnetice ale electronilor din atomi sau alte particule;

• cu o modificare temporară a câmpului electric.

De asemenea, este înfățișat cu linii de forță, dar sunt închise de-a lungul conturului, nu au început și sfârșit, spre deosebire de cele electrice.

Interacțiunea câmpurilor electrice și magnetice

Prima justificare teoretică și matematică a proceselor care au loc în câmpul electromagnetic a fost realizată de James Clerk Maxwell. El a prezentat un sistem de ecuații de forme diferențiale și integrale în care a arătat relația dintre câmpul electromagnetic și sarcinile electrice și curenții care curg în medii continue sau vid.

În munca sa, el folosește legile:

• Amperi, care descriu fluxul de curent printr-un fir și crearea inducției magnetice în jurul acestuia;

• Faraday, explicând apariția unui curent electric din acțiunea unui câmp magnetic alternativ asupra unui conductor închis.

Lucrările lui Maxwell au determinat relațiile precise dintre manifestările câmpurilor electrice și magnetice în funcție de sarcinile distribuite în spațiu.

A trecut mult timp de la publicarea lucrărilor lui Maxwell. Oamenii de știință studiază în mod constant manifestările faptelor experimentale între câmpurile electrice și magnetice, dar chiar și acum este dificil să se stabilească natura lor. Rezultatele sunt limitate la aplicații pur practice ale fenomenelor luate în considerare.

Acest lucru se explică prin faptul că cu nivelul nostru de cunoștințe nu putem construi decât ipoteze, deoarece deocamdată nu putem decât să presupunem ceva.La urma urmei, natura are proprietăți inepuizabile care mai trebuie studiate mult și pentru mult timp.

Caracteristici comparative ale câmpurilor electrice și magnetice

Surse de educație

Relația reciprocă dintre câmpurile de electricitate și magnetism ajută la înțelegerea faptului evident: ele nu sunt izolate, ci conectate, dar se pot manifesta în moduri diferite, reprezentând o singură entitate - un câmp electromagnetic.

Dacă ne imaginăm că un câmp neomogen de sarcină electrică este creat din spațiu la un moment dat, care este staționar față de suprafața Pământului, atunci nu va funcționa pentru a determina câmpul magnetic din jurul său în repaus.

Dacă observatorul începe să se miște în raport cu această sarcină, atunci câmpul va începe să se schimbe în timp, iar componenta electrică va forma deja una magnetică, pe care cercetătorul permanent o poate vedea cu instrumentele sale de măsură.

În mod similar, aceste fenomene vor avea loc atunci când un magnet staționar este plasat pe o suprafață, creând un câmp magnetic. Când observatorul începe să se miște spre ea, el va detecta apariția unui curent electric.Acest proces descrie fenomenul de inducție electromagnetică.

Prin urmare, nu are prea mult sens să spunem că în punctul considerat din spațiu există doar unul dintre cele două câmpuri: electric sau magnetic. Această întrebare trebuie pusă în raport cu cadrul de referință:

• staționar;

• Mobil.

Cu alte cuvinte, cadrul de referință afectează manifestarea câmpurilor electrice și magnetice în același mod ca vizualizarea peisajelor prin filtre de diferite nuanțe. Schimbarea culorii sticlei afectează percepția noastră asupra imaginii de ansamblu, dar chiar dacă luăm ca bază lumina naturală creată de trecerea luminii solare prin atmosfera aerului, aceasta nu va oferi imaginea adevărată în ansamblu, ci o va distorsiona.

Aceasta înseamnă că cadrul de referință este una dintre modalitățile de a studia câmpul electromagnetic, face posibilă evaluarea proprietăților, configurației acestuia. Dar asta nu prea contează.

Indicatori de câmp electromagnetic

Câmp electric

Corpurile încărcate electric sunt folosite ca indicatori care arată prezența unui câmp într-o anumită locație din spațiu. Pot folosi bucăți mici de hârtie electrificate, bile, mâneci, „sultani” pentru a observa componenta electrică.

Să luăm în considerare un exemplu în care două bile indicatoare sunt plasate în suspensie liberă de fiecare parte a unui dielectric plat electrificat. Vor fi atrași în mod egal de suprafața sa și se vor extinde în linie.

În a doua etapă, punem o placă metalică plată între una dintre bile și un dielectric electrificat. Acest lucru nu va schimba forțele care acționează asupra indicatorilor. Bilele nu își vor schimba poziția.

A treia etapă a experimentului este legată de împământarea tablei de metal. De îndată ce se întâmplă acest lucru, bila indicatoare situată între dielectricul electrificat și metalul împământat își va schimba poziția, schimbându-și direcția în verticală. Va înceta să fie atras de placă și va fi supus doar forțelor gravitaționale ale gravitației.

Această experiență arată că scuturile metalice împământate blochează propagarea liniilor de câmp electric.

Camp magnetic

În acest caz, indicatorii pot fi:

• pilitură de oțel;

• o buclă închisă prin care circulă un curent electric;

• ac magnetic (exemplu de busolă).

Principiul distribuției așchiilor de oțel de-a lungul liniilor magnetice de forță este cel mai răspândit. Este inclus și în funcționarea acului magnetic, care, pentru a reduce opoziția forțelor de frecare, este fixat pe un punct ascuțit și primește astfel libertate suplimentară de rotație.

Legi care descriu interacțiunile câmpurilor cu corpurile încărcate

Câmpuri electrice

Lucrările experimentale ale lui Coulomb, efectuate cu sarcini punctiforme suspendate pe un fir subțire și lung de cuarț, au servit la clarificarea imaginii proceselor care au loc în câmpurile electrice.

Când o minge încărcată a fost adusă lângă ei, aceasta din urmă le-a afectat poziția, forțându-i să devieze cu o anumită sumă. Această valoare este fixată pe cadranul scalei unui dispozitiv special conceput.

În acest fel, forțele de acțiune reciprocă dintre sarcinile electrice, așa-numitele electric, interacțiune Coulomb… Sunt descrise prin formule matematice care permit calcule preliminare ale dispozitivelor proiectate.

Campuri magnetice

Funcționează bine aici Legea lui Ampere bazată pe interacțiunea unui conductor purtător de curent plasat în interiorul liniilor magnetice de forță.

O regulă care utilizează aranjarea degetelor mâinii stângi se aplică direcției forței care acționează asupra firului care transportă curent. Cele patru degete unite trebuie să fie poziționate în direcția curentului, iar liniile de forță ale câmpului magnetic trebuie să intre în palmă. Apoi, degetul mare proeminent va indica direcția forței dorite.

Grafica de zbor

Liniile de forță sunt folosite pentru a le indica în planul desenului.

Câmpuri electrice

Pentru a indica liniile de tensiune în această situație, un câmp potențial este utilizat atunci când sunt prezente sarcini staționare. Linia de forță iese din sarcina pozitivă și merge la negativă.

Un exemplu de modelare a câmpului electric este o variantă de plasare a cristalelor de chinină în ulei. O metodă mai modernă este utilizarea programelor de calculator ale designerilor grafici.

Acestea vă permit să creați imagini ale suprafețelor echipotențiale, să estimați valoarea numerică a câmpului electric și să analizați diferite situații.

Campuri magnetice

Pentru o mai mare claritate a afișajului, ele folosesc linii caracteristice unui câmp de vortex atunci când sunt închise de o buclă. Exemplul de mai sus cu pile din oțel ilustrează clar acest fenomen.

Caracteristicile puterii

Se obișnuiește să le exprimăm ca mărimi vectoriale având:

• un anumit curs de acțiune;

• valoarea forței calculată prin formula corespunzătoare.

Câmpuri electrice

Vectorul intensității câmpului electric la o sarcină unitară poate fi reprezentat sub forma unei imagini tridimensionale.

Amploarea sa:

• îndreptat departe de centrul de încărcare;

• are o dimensiune care depinde de metoda de calcul;

• este determinată de acțiune fără contact, adică la distanță, ca raport dintre forța care acționează și sarcina.

Campuri magnetice

Tensiunea care apare în bobină poate fi văzută ca un exemplu în imaginea următoare.

Liniile de forță magnetice din el din fiecare tură din exterior au aceeași direcție și se adună. În interiorul spațiului cotitură, ele sunt direcționate opus. Din această cauză, câmpul intern este slăbit.

Mărimea tensiunii este afectată de:

• puterea curentului care trece prin bobină;

• numărul și densitatea înfășurărilor, care determină lungimea axială a bobinei.

Curenții mai mari măresc forța magnetomotoare. De asemenea, în două bobine cu același număr de spire, dar densități diferite de înfășurare, când curge același curent, această forță va fi mai mare acolo unde spirele sunt mai apropiate.

Astfel, câmpurile electrice și magnetice au diferențe clare, dar sunt componente interconectate ale unui singur lucru comun, electromagnetic.