Câmpuri de particule încărcate, câmpuri electromagnetice și electrostatice și componentele acestora
Particulele și câmpurile sunt două tipuri de materie. O trăsătură caracteristică a interacțiunii particulelor este că aceasta are loc nu în contactul lor direct, ci la o anumită distanță între ele.
Acest lucru se datorează faptului că particulele sunt legate de câmpul care le înconjoară și determină interacțiunea dintre ele. Astfel, particulele interacționează prin câmpurile lor.
Câmpurile sunt distribuite în spațiu, spre deosebire de particulele discrete, continuu. Unele interacțiuni sunt de natură duală. Deci, de exemplu, un câmp electromagnetic care se propagă prin spațiu sub formă de unde este detectat simultan sub formă de particule discrete - fotoni.
În natură, există câmpuri de diferite tipuri: gravitaționale (gravitaționale), magnetostatice, electrostatice, nucleare etc. Fiecare domeniu este caracterizat de proprietăți distinctive, inerente.
Între două tipuri de materie — particule și câmpuri — există o legătură internă, care se manifestă în primul rând prin faptul că orice modificare a stării particulelor se reflectă direct în câmp (și invers, orice modificare a câmpului afectează particulele). ), precum și în prezența proprietăților generale: masă, energie, impuls sau impuls etc.
De asemenea, particulele se pot transforma într-un câmp, iar câmpul în aceleași particule. Toate acestea arată că materia și câmpul sunt două tipuri de materie.
În plus, există o diferență între câmpuri și particule, ceea ce ne permite să le considerăm diferite tipuri de materie.
Această diferență constă în faptul că particulele elementare sunt discrete și ocupă un anumit volum, sunt impermeabile la alte particule: același volum nu poate fi ocupat de corpuri și particule diferite. Câmpurile sunt continue și au permeabilitate mare: câmpurile de diferite tipuri pot fi amplasate simultan în același volum de spațiu.
Particulele și corpurile se pot deplasa în spațiu sub influența forțelor externe, accelerate sau încetinite, adică viteza de mișcare a particulelor în spațiu poate fi diferită. Câmpurile se propagă prin spațiu cu aceeași viteză, de exemplu în vid - cu o viteză egală cu viteza luminii.
Deoarece particulele și câmpurile sunt strâns legate între ele și constituie un întreg, este imposibil să se stabilească o graniță exactă între o particulă și câmpul său în spațiu.
Cu toate acestea, este posibil să se specifice o regiune foarte mică a spațiului în care se manifestă proprietățile unei particule discrete. În acest sens, este posibil să se determine în mod condiționat dimensiunile particule elementare… În spațiul din afara regiunii specificate, se poate presupune că există doar un câmp asociat cu o particulă elementară.
Câmpul electromagnetic și componentele sale
În inginerie electrică, se consideră un câmp care este cauzat de mișcarea particulelor purtătoare sarcini electrice… Un astfel de câmp se numește electromagnetic. Fenomenele asociate cu propagarea acestui câmp se numesc fenomene electromagnetice.
Electronii care circulă într-un atom în jurul unui nucleu interacționează cu protonii printr-un câmp electric, în timp ce, în același timp, mișcarea lor este echivalentă cu un curent electric, care, după cum arată experiența, este întotdeauna asociat cu prezența unui câmp magnetic.
Prin urmare, câmpul prin care particulele elementare ale atomului interacționează între ele, adică câmpul electromagnetic, este format din două câmpuri: electric și magnetic. Aceste câmpuri sunt interconectate și inseparabile unele de altele.
În exterior, câmpul electromagnetic examinat macroscopic se manifestă în unele cazuri sub forma unui câmp staționar, iar în alte cazuri sub forma unui câmp alternativ.
În starea staționară a atomilor unei substanțe date, atât câmpul electric (în acest caz câmpul din atomi este complet conectat cu sarcini egale de semne diferite), cât și câmpul magnetic (datorită orientării haotice a orbitelor electronice) în spațiul cosmic nu este detectat.
Totuși, dacă echilibrul în atom este perturbat (se formează un ion, mișcarea dirijată este suprapusă mișcării haotice, curenții elementari ai substanțelor magnetice sunt orientați într-o direcție etc.), atunci în afara acestei substanțe câmpul poate fi detectat.În plus, dacă starea specificată este menținută neschimbată, atunci caracteristicile câmpului au o valoare care este constantă în timp. Un astfel de câmp se numește câmp staționar.
Câmpul staționar în timpul examinării macroscopice în mai multe cazuri apare sub forma unei singure componente: fie sub forma unui câmp electric (de exemplu, câmpul corpurilor încărcate staționare), fie sub forma unui câmp magnetic (pentru exemplu, câmpul magneților permanenți).
Componentele unui câmp electromagnetic staționar sunt inseparabile de particulele încărcate în mișcare: componenta electrică este asociată cu sarcini electrice, iar componenta magnetică însoțește (înconjoară) particulele încărcate în mișcare.
Un câmp electromagnetic variabil se formează ca rezultat al mișcării schimbătoare sau oscilante a particulelor încărcate, sistemelor sau constituenților câmpurilor staționare. O caracteristică a unui astfel de câmp de înaltă frecvență este că, după ce a apărut (după ce a fost emis dintr-o sursă), este separat de sursă și intră în mediul înconjurător sub formă de unde.
Componenta electrică a acestui câmp există în stare liberă, separată de particulele materiale și are caracter de vortex. Același câmp este componenta magnetică: există și în stare liberă, neasociată cu sarcini în mișcare (sau curent electric). Cu toate acestea, ambele câmpuri reprezintă un tot inseparabil și în procesul de mișcare în spațiu se transformă constant unul în celălalt.
Câmpul electromagnetic variabil este detectat prin impactul asupra particulelor și sistemelor situate pe calea de propagare a acestuia, care pot fi puse într-o mișcare oscilantă, precum și prin intermediul unor dispozitive care convertesc energia câmpului electromagnetic în energie de alt tip. (de exemplu, termică).
Un caz special este acțiunea acestui câmp asupra organelor vizuale ale ființelor vii (lumina este unde electromagnetice).
Componentele câmpului electromagnetic - câmpuri electrice și magnetice au fost descoperite și studiate înainte de câmpul electromagnetic și independent unul de celălalt: atunci nu s-a descoperit nicio legătură între ele. Acest lucru a condus la faptul că ambele zone au fost considerate independente.
Considerațiile teoretice, apoi confirmate prin experiment, arată că există o legătură inextricabilă între câmpurile electrice și magnetice, iar orice fenomen electric sau magnetic se dovedește întotdeauna a fi electromagnetic.
Vezi si: Câmp electric și magnetic: care sunt diferențele?
Câmp electrostatic
Doar un câmp electric este detectat în vid sau într-un mediu dielectric în jurul corpurilor izolate care sunt staționare față de observator cu un exces neschimbat în spațiu și timp (în sens macroscopic) sarcini electrice de același semn obținute în timpul ionizării atomilor ( ca urmare a aspectului electrificării - Electrificarea corpurilor, interacțiunea sarcinilor).Un astfel de câmp se numește electrostatic.
Un câmp electrostatic este un tip de câmp electric staționar și diferă de acesta prin faptul că particulele încărcate elementare care provoacă câmpul electrostatic sunt doar în mișcare haotică, în timp ce câmpul staționar este determinat de mișcarea direcționată a electronilor suprapuse mișcării haotice.
În acest domeniu, constanța caracteristicilor se datorează reproducerii continue a distribuției sarcinilor în câmp (proces de echilibru).
Într-un câmp electrostatic, acțiunea generală a unui număr mare de particule încărcate unic în mișcare haotică continuă în direcții diferite este percepută în afara unui corp încărcat ca un câmp cu o sarcină electrică de același semn care nu se modifică în timp.
Efectul componentei magnetice în câmpul electrostatic este neutralizat reciproc datorită mișcării haotice a purtătorilor de sarcină în spațiul cosmic și, prin urmare, nu este detectat.
O trăsătură distinctivă a câmpului electrostatic este prezența corpurilor sursă și de scurgere, cărora li se dau sarcini în exces de diferite semne (corpuri din care acest câmp pare să curgă și în care curge).
Câmpul electrostatic și corpurile electrificate, care sunt surse și chiuvete ale câmpului, sunt inseparabile unele de altele, reprezentând o singură entitate fizică.
În aceasta, câmpul electrostatic diferă de componenta electrică a câmpului electromagnetic alternativ, care, existând în stare liberă, are caracter de vortex, nu are sursă și scurgere.
Nu se cheltuiește energie pentru a menține această stare a câmpului electrostatic. Este necesar doar atunci când acest câmp este stabilit (este nevoie de energie pentru a emite continuu un câmp electromagnetic).
Un câmp electrostatic poate fi detectat prin forța mecanică care acționează asupra corpurilor încărcate staționare plasate în acest câmp, precum și prin inducerea sau dirijarea sarcinilor electrostatice asupra corpurilor metalice staționare și prin polarizarea corpurilor dielectrice staționare plasate în acest câmp.
Vezi si:
Caracteristicile câmpului electric