Laetud osakeste väljad, elektromagnetilised ja elektrostaatilised väljad ning nende komponendid
Osakesed ja väljad on kahte tüüpi aineid. Osakeste interaktsiooni iseloomulik tunnus on see, et see ei toimu nende otseses kokkupuutes, vaid nende vahel teatud kaugusel.
See on tingitud asjaolust, et osakesed on seotud neid ümbritseva väljaga ja määrab nendevahelise vastasmõju. Seega interakteeruvad osakesed oma väljade kaudu.
Väljad jaotuvad ruumis erinevalt diskreetsetest osakestest pidevalt. Mõned vastasmõjud on olemuselt kahesugused. Nii tuvastatakse näiteks lainete kujul läbi ruumi leviv elektromagnetväli samaaegselt diskreetsete osakeste - footonite kujul.
Looduses on erinevat tüüpi väljad: gravitatsioonilised (gravitatsioonilised), magnetostaatilised, elektrostaatilised, tuumaväljad jne. Iga valdkonda iseloomustavad iseloomulikud, omased omadused.
Kahe aineliigi — osakeste ja väljade — vahel on sisemine seos, mis väljendub eelkõige selles, et igasugune osakeste oleku muutus peegeldub otseselt väljas (ja vastupidi, igasugune välja muutus mõjutab osakesi. ), samuti üldiste omaduste olemasolul: mass, energia, hoog või impulss jne.
Samuti võivad osakesed muutuda väljaks ja väli samadeks osakesteks. Kõik see näitab, et aine ja väli on kahte tüüpi mateeria.
Lisaks on väljade ja osakeste vahel erinevus, mis võimaldab käsitleda neid erinevat tüüpi ainetena.
See erinevus seisneb selles, et elementaarosakesed on diskreetsed ja hõivavad teatud ruumala, nad on teistele osakestele mitteläbilaskvad: sama mahtu ei saa hõivata erinevad kehad ja osakesed. Väljad on pidevad ja suure läbilaskvusega: erinevat tüüpi väljad võivad paikneda samaaegselt samas ruumis.
Osakesed ja kehad võivad ruumis liikuda välisjõudude mõjul, kiirendatud või aeglustunud, see tähendab, et osakeste liikumiskiirus ruumis võib olla erinev. Väljad levivad läbi ruumi sama kiirusega, näiteks vaakumis – valguse kiirusega võrdse kiirusega.
Kuna osakesed ja väljad on üksteisega tihedalt seotud ja moodustavad terviku, on osakese ja selle välja vahel ruumis võimatu täpset piiri määrata.
Siiski on võimalik määrata väga väike ruumipiirkond, milles diskreetse osakese omadused avalduvad. Selles mõttes on tinglikult võimalik mõõtmeid määrata elementaarosakesed… Väljaspool määratud piirkonda asuvas ruumis võib eeldada, et elementaarosakesega on seotud ainult väli.
Elektromagnetväli ja selle komponendid
Elektrotehnikas käsitletakse valdkonda, mis on põhjustatud kandvate osakeste liikumisest elektrilaengud… Sellist välja nimetatakse elektromagnetiliseks. Selle välja levimisega seotud nähtusi nimetatakse elektromagnetilisteks nähtusteks.
Tuuma ümber aatomis ringlevad elektronid interakteeruvad prootonitega läbi elektrivälja, samas on nende liikumine võrdväärne elektrivooluga, mis, nagu kogemus näitab, on alati seotud magnetvälja olemasoluga.
Seetõttu koosneb väli, mille kaudu aatomi elementaarosakesed üksteisega interakteeruvad, see tähendab elektromagnetväli, kahest väljast: elektrilisest ja magnetväljast. Need väljad on omavahel seotud ja üksteisest lahutamatud.
Väliselt avaldub makroskoopilise uurimise all olev elektromagnetväli mõnel juhul statsionaarse väljana, mõnel juhul vahelduva väljana.
Antud aine aatomite statsionaarses olekus on nii elektriväli (antud juhul aatomites olev väli täielikult ühendatud erineva märgiga võrdsete laengutega) kui ka magnetväli (elektronide orbiitide kaootilise orientatsiooni tõttu) avakosmost ei tuvastata.
Kui aga tasakaal aatomis on häiritud (moodustub ioon, suunatud liikumine kattub kaootilise liikumisega, magnetainete elementaarvoolud on orienteeritud ühes suunas jne), siis väljaspool seda ainet saab välja tuvastada.Lisaks, kui määratud olekut ei muudeta, on välja omadustel ajas konstantne väärtus. Sellist välja nimetatakse statsionaarseks väljaks.
Statsionaarne väli makroskoopilise uurimise ajal esineb paljudel juhtudel ainult ühe komponendi kujul: kas elektrivälja kujul (näiteks statsionaarsete laetud kehade väli) või magnetvälja kujul (näiteks näiteks püsimagnetite väli).
Statsionaarse elektromagnetvälja komponendid on liikuvatest laetud osakestest lahutamatud: elektriline komponent on seotud elektrilaengutega ja magnetkomponent saadab (ümbritseb) liikuvaid laetud osakesi.
Muutuv elektromagnetväli tekib laetud osakeste, süsteemide või statsionaarsete väljade koostisosade muutuva või võnkuva liikumise tulemusena. Sellise kõrgsagedusliku välja tunnuseks on see, et pärast selle tekkimist (pärast allikast väljasaatmist) eraldatakse see allikast ja satub lainetena keskkonda.
Selle välja elektriline komponent eksisteerib vabas olekus, eraldatuna materjaliosakestest ja on keerise iseloomuga. Sama väli on magnetkomponent: see eksisteerib ka vabas olekus, mis ei ole seotud liikuvate laengutega (või elektrivooluga). Mõlemad väljad kujutavad endast aga lahutamatut tervikut ja ruumis liikumise käigus muutuvad pidevalt üksteiseks.
Muutuv elektromagnetväli tuvastatakse selle levimise teel asuvatele osakestele ja süsteemidele, mida saab seada võnkuvale liikumisele, samuti seadmete abil, mis muudavad elektromagnetvälja energia teist tüüpi energiaks. (näiteks termiline) .
Erijuhtum on selle välja toime elusolendite nägemisorganitele (valgus on elektromagnetlained).
Elektromagnetvälja komponendid - elektri- ja magnetväljad avastati ja uuriti enne elektromagnetvälja ning üksteisest sõltumatult: siis nende vahel seost ei avastatud. See viis selleni, et mõlemat ala peeti iseseisvaks.
Teoreetilised kaalutlused, mida seejärel katsega kinnitasid, näitavad, et elektri- ja magnetvälja vahel on lahutamatu seos ning kõik elektrilised või magnetilised nähtused osutuvad alati elektromagnetilisteks.
Vaata ka: Elektri- ja magnetväli: millised on erinevused?
Elektrostaatiline väli
Vaatleja suhtes paigal olevate isoleeritud kehade ümber tuvastatakse vaakumis või dielektrilises keskkonnas ainult elektriväli, mille ruumis ja ajas muutumatu ülejääk (makroskoopilises mõttes) on aatomite ioniseerimisel saadud sama märgiga elektrilaengutega ( elektrifitseerimise tulemusel - Kehade elektrifitseerimine, laengute vastastikmõju).Sellist välja nimetatakse elektrostaatiliseks.
Elektrostaatiline väli on statsionaarse elektrivälja tüüp ja erineb sellest selle poolest, et elektrostaatilise välja tekitavad laetud elementaarosakesed on ainult kaootilises liikumises, samas kui statsionaarse välja määrab kaootilisele liikumisele peale kantud elektronide suunatud liikumine.
Selles väljas on karakteristikute püsivus tingitud laengute jaotuse pidevast taasesitusest väljas (tasakaaluprotsess).
Elektrostaatilises väljas tajutakse suure hulga kordumatu laenguga osakeste üldist toimet pidevas kaootilises liikumises eri suundades väljaspool laetud keha väljana, mille elektrilaeng on sama märgiga ja mis ajas ei muutu.
Magnetkomponendi mõju elektrostaatilises väljas neutraliseerub vastastikku laengukandjate kaootilise liikumise tõttu avakosmoses ja seetõttu ei tuvastata.
Elektrostaatilise välja eripäraks on allika- ja äravoolukehade olemasolu, millele antakse erinevate märkide üleliigsed laengud (kehad, millest see väli näib voolavat ja kuhu see voolab).
Elektrostaatiline väli ja elektrifitseeritud kehad, mis on välja allikad ja neeldajad, on üksteisest lahutamatud, esindades üht füüsilist olemust.
Selle poolest erineb elektrostaatiline väli vahelduva elektromagnetvälja elektrikomponendist, mis vabas olekus on keerise iseloomuga, millel puudub allikas ja äravool.
Elektrostaatilise välja sellise oleku säilitamiseks ei kulutata energiat. See on vajalik ainult siis, kui see väli on loodud (elektromagnetvälja pidevaks väljastamiseks kulub energiat).
Elektrostaatilist välja saab tuvastada sellesse välja paigutatud statsionaarsetele laetud kehadele mõjuva mehaanilise jõuga, samuti statsionaarsetele metallkehadele elektrostaatiliste laengute indutseerimise või suunamise ning sellesse välja paigutatud statsionaarsete dielektriliste kehade polariseerimisega.
Vaata ka: