Elektri- ja magnetväli: millised on erinevused?

Mõiste "põld" tähendab vene keeles väga suurt ühtlase koostisega ala, näiteks nisu või kartulit.

Füüsikas ja elektrotehnikas kasutatakse seda erinevat tüüpi ainete kirjeldamiseks, näiteks elektromagnetiliste, mis koosnevad elektrilistest ja magnetilistest komponentidest.

Elektrilaeng on seotud nende ainevormidega. Kui see on paigal, on selle ümber alati elektriväli ja kui see liigub, siis tekib ka magnetväli.

Inimese ettekujutus elektrilise (täpsemalt elektrostaatilise) välja olemusest kujuneb selle omaduste eksperimentaalsete uuringute põhjal, kuna muud uurimismeetodit ikka veel pole. Selle meetodiga leiti, et see mõjub liikuvatele ja/või paigalseisvatele elektrilaengutele teatud jõuga. Selle väärtuse mõõtmisega hinnatakse peamisi tööomadusi.

Elektriväli

Moodustatud:

• elektrilaengute (kehade või osakeste) ümber;

• magnetvälja muutustega, näiteks liikumise ajal elektromagnetlained. 

Seda on kujutatud jõujoontega, mida tavaliselt näidatakse positiivsetest laengutest lähtuvate ja negatiivsete laengutega lõppevatena. Laengud on seega elektrivälja allikad. Nende järgi tegutsedes saate:

• välja olemasolu tuvastamine;

• sisestage selle väärtuse mõõtmiseks kalibreeritud väärtus.

Praktiliseks kasutamiseks võimsuskarakteristiku nn pinge, mida hinnatakse positiivse märgiga ühe laengu toimel.

Magnetväli

Tegutseb:

• kindla pingutusega liikuvad elektrikehad ja laengud;

• magnetmomente, arvestamata nende liikumisolekuid.

Magnetväli tekib:

• laetud osakeste voolu läbimine;

• aatomite või muude osakeste sees olevate elektronide magnetmomentide summeerimisega;

• elektrivälja ajutise muutusega.

Seda on kujutatud ka jõujoontega, kuid need on piki kontuuri suletud, erinevalt elektrilistest pole neil algust ja lõppu.

Elektri- ja magnetvälja vastastikmõju

Elektromagnetväljas toimuvate protsesside esimese teoreetilise ja matemaatilise põhjenduse viis läbi James Clerk Maxwell. Ta esitas diferentsiaal- ja integraalvormide võrrandite süsteemi, milles ta näitas elektromagnetvälja seost pidevas keskkonnas või vaakumis voolavate elektrilaengute ja vooludega.

Oma töös kasutab ta seadusi:

• Amperid, mis kirjeldavad voolu liikumist läbi juhtme ja selle ümber magnetinduktsiooni teket;

• Faraday, selgitades elektrivoolu tekkimist vahelduva magnetvälja toimest suletud juhile.

Maxwelli tööd määrasid kindlaks täpsed seosed elektri- ja magnetvälja ilmingute vahel sõltuvalt ruumis jaotunud laengutest.

Maxwelli teoste avaldamisest on möödunud palju aega. Teadlased uurivad pidevalt eksperimentaalsete faktide ilminguid elektri- ja magnetväljade vahel, kuid isegi praegu on nende olemust raske kindlaks teha. Tulemused piirduvad vaadeldavate nähtuste puhtpraktiliste rakendustega.

Seda seletatakse sellega, et oma teadmiste tasemega saame püstitada vaid hüpoteese, sest praegu saame vaid midagi oletada.Looduses on ju ammendamatud omadused, mida tuleb veel palju ja kaua uurida.

Elektri- ja magnetväljade võrdlusomadused

Hariduse allikad

Elektri- ja magnetväljade vastastikune seos aitab mõista ilmselget tõsiasja: need ei ole isoleeritud, vaid ühendatud, kuid võivad avalduda erineval viisil, esindades ühtset olemust - elektromagnetvälja.

Kui kujutada ette, et kosmosest tekib mingil hetkel ebahomogeenne elektrilaenguväli, mis on Maa pinna suhtes paigal, siis puhkeolekus seda ümbritseva magnetvälja määramine ei toimi.

Kui vaatleja hakkab selle laengu suhtes liikuma, siis hakkab väli ajas muutuma ning elektrikomponent moodustab juba magnetilise, mida püsiuurija oma mõõteriistadega näeb.

Sarnaselt ilmnevad need nähtused, kui mõnele pinnale asetatakse statsionaarne magnet, luues magnetvälja. Kui vaatleja hakkab selle poole liikuma, tuvastab ta elektrivoolu ilmumise.See protsess kirjeldab elektromagnetilise induktsiooni nähtust.

Seetõttu pole eriti mõtet väita, et vaadeldavas ruumipunktis on ainult üks kahest väljast: elektri- või magnetväljast. See küsimus tuleb esitada seoses võrdlusraamistikuga:

• statsionaarne;

• Liigutatav.

Teisisõnu, tugiraam mõjutab elektri- ja magnetvälja avaldumist samamoodi nagu maastike vaatamine läbi erinevate toonidega filtrite. Klaasi värvimuutus mõjutab meie ettekujutust üldpildist, kuid isegi kui võtta aluseks loomulik valgus, mis tekib päikesevalguse läbimisel läbi õhuatmosfääri, ei anna see tõest pilti tervikuna. moonutab seda.

See tähendab, et võrdlusraam on üks elektromagnetvälja uurimise viise, see võimaldab hinnata selle omadusi, konfiguratsiooni. Aga see pole tegelikult oluline.

Elektromagnetvälja indikaatorid

Elektriväli

Elektriliselt laetud kehasid kasutatakse indikaatoritena, mis näitavad välja olemasolu teatud kohas ruumis. Nad saavad elektrilise komponendi vaatlemiseks kasutada elektrifitseeritud väikeseid paberitükke, palle, varrukaid, "sultaneid".

Vaatleme näidet, kus kaks indikaatorkuuli asetatakse vabasse vedrustusse lameda elektrifitseeritud dielektriku mõlemale küljele. Neid tõmbab võrdselt selle pind ja need ulatuvad joonelt.

Teises etapis asetame ühe kuuli ja elektrifitseeritud dielektriku vahele tasase metallplaadi. See ei muuda indikaatoritele mõjuvaid jõude. Pallid ei muuda oma asukohta.

Katse kolmas etapp on seotud metallpleki maandamisega. Niipea kui see juhtub, muudab elektrifitseeritud dielektriku ja maandatud metalli vahel asuv indikaatorkuul oma asendit, muutes selle suuna vertikaalseks. See lakkab plaadi külge tõmbamast ja allub ainult gravitatsioonilistele gravitatsioonijõududele.

See kogemus näitab, et maandatud metallkilbid blokeerivad elektrivälja jõujoonte levikut.

Magnetväli

Sel juhul võivad näitajad olla:

• terasviilud;

• suletud ahel, mille kaudu voolab elektrivool;

• magnetnõel (kompassi näide).

Kõige levinum on teraslaastude jaotamise põhimõte mööda magnetilisi jõujooni. See sisaldub ka magnetnõela töös, mis hõõrdejõudude vastasseisu vähendamiseks fikseeritakse teravale otsale ja saab seega täiendava pöörlemisvabaduse.

Seadused, mis kirjeldavad väljade vastasmõju laetud kehadega

Elektriväljad

Coulombi eksperimentaalne töö, mis viidi läbi õhukesele ja pikale kvartsi keermele riputatud punktlaengutega, aitas selgitada pilti elektriväljades toimuvatest protsessidest.

Kui laetud pall toodi nende lähedusse, mõjutas viimane nende asendit, sundides neid teatud määral kõrvale kalduma. See väärtus on fikseeritud spetsiaalselt loodud seadme skaala kettale.

Nii saavad elektrilaengute vastastikuse toime jõud nn elektriline, Coulombi interaktsioon… Neid kirjeldatakse matemaatiliste valemitega, mis võimaldavad projekteeritud seadmete esialgseid arvutusi.

Magnetväljad

See töötab siin hästi Ampere'i seadus põhineb magnetiliste jõujoonte sees paikneva voolu juhtiva juhi vastastikmõjul.

Vasaku käe sõrmede paigutust kasutav reegel kehtib voolu juhtivale juhtmele mõjuva jõu suuna kohta. Neli omavahel ühendatud sõrme peavad asetsema voolu suunas ja magnetvälja jõujooned peavad sisenema peopessa. Seejärel näitab väljaulatuv pöial soovitud jõu suunda.

Lennugraafika

Nende tähistamiseks joonise tasapinnal kasutatakse jõujooni.

Elektriväljad

Sellises olukorras pingejoonte tähistamiseks kasutatakse statsionaarsete laengute olemasolul potentsiaalivälja. Jõujoon väljub positiivsest laengust ja läheb negatiivsesse.

Elektrivälja modelleerimise näiteks on kiniinikristallide õlisse paigutamise variant. Kaasaegsem meetod on graafiliste disainerite arvutiprogrammide kasutamine.

Need võimaldavad luua potentsiaaliühtlustuspindade kujutisi, hinnata elektrivälja arvväärtust ja analüüsida erinevaid olukordi.

Magnetväljad

Ekraani suurema selguse huvides kasutavad nad ahelaga suletud keeriseväljale iseloomulikke jooni. Ülaltoodud näide terasviilidega illustreerib seda nähtust selgelt.

Võimsuse omadused

Neid on tavaks väljendada vektorkogustena, millel on:

• teatud tegevussuund;

• vastava valemiga arvutatud jõu väärtus.

Elektriväljad

Elektrivälja tugevuse vektorit ühiklaengu juures saab esitada kolmemõõtmelise kujutisena.

Selle suurusjärk:

• suunatud laadimiskeskusest eemale;

• on mõõtmega, mis sõltub arvutusmeetodist;

• määratakse kontaktivaba toimega, st distantsilt, kui mõjuva jõu ja laengu suhe.

Magnetväljad

Poolis tekkivat pinget on näitena näha järgmisel pildil.

Selles olevad magnetilised jõujooned igast väljastpoolt pöördest on sama suunaga ja summeeruvad. Pöörde-pöörde ruumi sees on need suunatud vastassuunas. Selle tõttu on siseväli nõrgenenud.

Pinge suurust mõjutavad:

• mähist läbiva voolu tugevus;

• mähiste arv ja tihedus, mis määravad mähise aksiaalse pikkuse.

Suuremad voolud suurendavad magnetomotoorjõudu. Samuti on kahes sama pöörete arvu, kuid erineva mähise tihedusega mähises sama voolu voolamisel see jõud suurem seal, kus pöörded on lähemal.

Seega on elektri- ja magnetväljadel kindlad erinevused, kuid need on ühe ühise asja, elektromagnetilise, omavahel seotud komponendid.