Sähkö- ja magneettikenttä: mitkä ovat erot?

Termi "pelto" venäjäksi tarkoittaa hyvin laajaa yhtenäisen koostumuksen aluetta, esimerkiksi vehnää tai perunaa.

Fysiikassa ja sähkötekniikassa sitä käytetään kuvaamaan erilaisia ​​materiaaleja, esimerkiksi sähkömagneettisia, jotka koostuvat sähköisistä ja magneettisista komponenteista.

Sähkövaraus liittyy näihin aineen muotoihin. Kun se on paikallaan, sen ympärillä on aina sähkökenttä, ja kun se liikkuu, muodostuu myös magneettikenttä.

Ihmisen käsitys sähköisen (tarkemmin sähköstaattisen) kentän luonteesta muodostuu sen ominaisuuksien kokeellisten tutkimusten perusteella, koska muuta tutkimusmenetelmää ei vielä ole. Tällä menetelmällä havaittiin, että se vaikuttaa liikkuviin ja/tai paikallaan oleviin sähkövarauksiin tietyllä voimalla. Sen arvoa mittaamalla arvioidaan tärkeimmät toiminnalliset ominaisuudet.

Sähkökenttä

Muodostettu:

• sähkövarausten (kappaleiden tai hiukkasten) ympärillä;

• magneettikentän muutoksilla, kuten liikkeen aikana elektromagneettiset aallot. 

Se on kuvattu voimalinjoilla, jotka yleensä esitetään positiivisista varauksista ja päättyvät negatiivisiin varauksiin. Varaukset ovat siis sähkökentän lähteitä. Toimimalla niiden mukaan voit:

• kentän olemassaolon tunnistaminen;

• syötä kalibroitu arvo mitataksesi sen arvo.

Käytännössä tehoominaisuuden ns. jännite, joka on arvioitu yhden latauksen vaikutuksesta positiivisella etumerkillä.

Magneettikenttä

Toimii:

• sähkökappaleet ja varaukset liikkeessä määrätyllä vaivalla;

• magneettimomentteja ottamatta huomioon niiden liikkeen tiloja.

Magneettikenttä syntyy:

• varautuneiden hiukkasten virran kulkeminen;

• summaamalla atomien tai muiden hiukkasten sisällä olevien elektronien magneettiset momentit;

• sähkökentän tilapäisen muutoksen kanssa.

Se on myös kuvattu voimalinjoilla, mutta ne ovat suljettuja ääriviivaa pitkin, niillä ei ole alkua ja loppua, toisin kuin sähköisillä.

Sähkö- ja magneettikenttien vuorovaikutus

Ensimmäisen teoreettisen ja matemaattisen perustelun sähkömagneettisessa kentässä tapahtuville prosesseille suoritti James Clerk Maxwell. Hän esitteli differentiaali- ja integraalimuotojen yhtälöjärjestelmän, jossa hän osoitti sähkömagneettisen kentän suhteen jatkuvassa väliaineessa tai tyhjiössä virtaaviin sähkövarauksiin ja virtoihin.

Työssään hän käyttää lakeja:

• Ampeerit, jotka kuvaavat virran virtausta johdon läpi ja magneettisen induktion luomista sen ympärille;

• Faraday, joka selittää sähkövirran esiintymisen vaihtomagneettikentän vaikutuksesta suljetussa johtimessa.

Maxwellin teokset määrittelivät tarkat suhteet sähkö- ja magneettikenttien ilmentymien välillä riippuen avaruudessa jakautuneista varauksista.

Maxwellin teosten julkaisemisesta on kulunut paljon aikaa. Tiedemiehet tutkivat jatkuvasti kokeellisten tosiasioiden ilmenemismuotoja sähkö- ja magneettikenttien välillä, mutta nytkin on vaikea määrittää niiden luonnetta. Tulokset rajoittuvat tarkasteltavana olevien ilmiöiden puhtaasti käytännön sovelluksiin.

Tämä selittyy sillä, että tietotasollamme voimme rakentaa vain hypoteeseja, sillä toistaiseksi voimme vain olettaa jotain.. Luonnossahan on ehtymättömiä ominaisuuksia, joita on vielä tutkittava paljon ja pitkään.

Sähkö- ja magneettikenttien vertailuominaisuudet

Koulutuksen lähteet

Sähkö- ja magnetismikenttien keskinäinen suhde auttaa ymmärtämään ilmeisen tosiasian: ne eivät ole eristettyjä, vaan yhdistettyjä, mutta ne voivat ilmetä eri tavoin edustaen yhtä kokonaisuutta - sähkömagneettista kenttää.

Jos kuvittelemme, että avaruudesta syntyy jossain pisteessä epähomogeeninen sähkövarauskenttä, joka on paikallaan Maan pintaan nähden, niin sen ympärillä olevan magneettikentän määrittäminen levossa ei toimi.

Jos tarkkailija alkaa liikkua suhteessa tähän varaukseen, kenttä alkaa muuttua ajan myötä ja sähkökomponentti muodostaa jo magneettisen, jonka pysyvä tutkija näkee mittalaitteillaan.

Samoin nämä ilmiöt tapahtuvat, kun paikallaan oleva magneetti asetetaan jollekin pinnalle, jolloin syntyy magneettikenttä. Kun tarkkailija alkaa liikkua sitä kohti, hän havaitsee sähkövirran esiintymisen.Tämä prosessi kuvaa sähkömagneettisen induktion ilmiötä.

Siksi ei ole paljon järkeä sanoa, että tarkasteltavassa avaruuden pisteessä on vain toinen kahdesta kentästä: sähköinen tai magneettinen. Tämä kysymys on esitettävä viitekehyksen yhteydessä:

• paikallaan;

• Siirrettävä.

Toisin sanoen viitekehys vaikuttaa sähkö- ja magneettikenttien ilmenemiseen samalla tavalla kuin maisemien katseleminen eri sävyisten suodattimien läpi. Lasin värin muutos vaikuttaa kokonaiskuvaan, mutta vaikka ottaisimmekin lähtökohtana auringonvalon ilmakehän läpi kulkemisen synnyttämän luonnonvalon, se ei anna todellista kuvaa kokonaisuutena. vääristää sitä.

Tämä tarkoittaa, että vertailukehys on yksi tavoista tutkia sähkömagneettista kenttää, sen avulla on mahdollista arvioida sen ominaisuuksia, konfiguraatiota. Mutta sillä ei oikeastaan ​​ole väliä.

Sähkömagneettisen kentän ilmaisimet

Sähkökenttä

Sähköisesti varattuja kappaleita käytetään indikaattoreina, jotka osoittavat kentän olemassaolon tietyssä paikassa avaruudessa. He voivat käyttää sähköistettyjä pieniä paperinpaloja, palloja, hihoja, "sultaaneja" tarkkaillakseen sähkökomponenttia.

Tarkastellaan esimerkkiä, jossa kaksi ilmaisinpalloa asetetaan vapaaseen ripustukseen litteän sähköistetyn eristeen kummallekin puolelle. Ne vetoavat yhtä lailla sen pintaan ja ulottuvat linjassa.

Toisessa vaiheessa asetamme tasaisen metallilevyn yhden pallon ja sähköistetyn eristeen väliin. Tämä ei muuta ilmaisimiin vaikuttavia voimia. Pallot eivät muuta sijaintiaan.

Kokeen kolmas vaihe liittyy metallilevyn maadoitukseen. Heti kun tämä tapahtuu, sähköistetyn eristeen ja maadoitetun metallin välissä oleva ilmaisinpallo muuttaa asentoaan ja muuttaa sen suunnan pystysuoraan. Se lakkaa vetoamasta levyyn ja on vain painovoiman painovoiman alainen.

Tämä kokemus osoittaa, että maadoitetut metallisuojat estävät sähkökenttälinjojen etenemisen.

Magneettikenttä

Tässä tapauksessa indikaattorit voivat olla:

• teräs viilaus;

• suljettu silmukka, jonka läpi virtaa sähkövirta;

• magneettineula (esimerkki kompassista).

Teräslastujen jakautumisen periaate magneettisia voimalinjoja pitkin on yleisin. Se sisältyy myös magneettisen neulan toimintaan, joka kitkavoimien vastustuksen vähentämiseksi on kiinnitetty terävään kärkeen ja saa siten lisää pyörimisvapautta.

Lait, jotka kuvaavat kenttien vuorovaikutusta varautuneiden kappaleiden kanssa

Sähkökentät

Coulombin kokeellinen työ, joka suoritettiin ohuelle ja pitkälle kvartsilangalle ripustetuilla pistevarauksilla, selkeytti kuvaa sähkökentissä tapahtuvista prosesseista.

Kun ladattu pallo tuotiin heidän lähelle, viimeksi mainittu vaikutti heidän asentoonsa ja pakotti heidät poikkeamaan tietyn verran. Tämä arvo on kiinnitetty erityisesti suunnitellun laitteen asteikolla.

Tällä tavalla sähkövarausten keskinäisen toiminnan voimat, ns sähköinen, Coulombin vuorovaikutus… Ne on kuvattu matemaattisilla kaavoilla, jotka mahdollistavat suunniteltujen laitteiden alustavien laskelmien tekemisen.

Magneettikentät

Täällä toimii hyvin Amperen laki perustuu magneettisten voimalinjojen sisään sijoitetun virtaa kuljettavan johtimen vuorovaikutukseen.

Sääntö, jossa käytetään vasemman käden sormien järjestelyä, koskee virtaa kuljettavaan johtoon vaikuttavan voiman suuntaa. Neljä yhteen liitettyä sormea ​​on asetettava virran suuntaan ja magneettikentän voimalinjojen on tultava kämmenelle. Sitten ulkoneva peukalo osoittaa halutun voiman suunnan.

Lentografiikka

Voimaviivoja käytetään osoittamaan ne piirustuksen tasossa.

Sähkökentät

Jännityslinjojen osoittamiseksi tässä tilanteessa käytetään potentiaalikenttää, kun paikalla on paikallaan olevia varauksia. Voimalinja tulee ulos positiivisesta varauksesta ja menee negatiiviseen.

Esimerkki sähkökentän mallintamisesta on muunnos kiniinikiteiden sijoittamisesta öljyyn. Nykyaikaisempi menetelmä on graafisten suunnittelijoiden tietokoneohjelmien käyttö.

Niiden avulla voit luoda kuvia potentiaalitasaisista pinnoista, arvioida sähkökentän numeerista arvoa ja analysoida erilaisia ​​tilanteita.

Magneettikentät

Näytön selkeyden lisäämiseksi ne käyttävät viivoja, jotka ovat ominaisia ​​pyörrekentälle, kun ne suljetaan silmukalla. Yllä oleva esimerkki teräsviiloista havainnollistaa selvästi tätä ilmiötä.

Tehon ominaisuudet

On tapana ilmaista ne vektorisuureina, joilla on:

• tietty toimintatapa;

• vastaavalla kaavalla laskettu voima-arvo.

Sähkökentät

Sähkökentän voimakkuusvektori yksikkövarauksella voidaan esittää kolmiulotteisena kuvana.

Sen suuruus:

• suunnattu pois latauskeskuksesta;

• sillä on mitta, joka riippuu laskentamenetelmästä;

• määritetään kosketuksettomalla toiminnalla, eli etäisyydellä, vaikuttavan voiman ja varauksen suhteena.

Magneettikentät

Kelaan nouseva jännite näkyy esimerkkinä seuraavassa kuvassa.

Sen magneettiset voimalinjat jokaisesta käännöksestä ulkopuolella ovat samansuuntaisia ​​ja summautuvat yhteen. Käännös-käännöksen tilan sisällä ne on suunnattu vastakkain. Tästä johtuen sisäkenttä heikkenee.

Jännitteen suuruuteen vaikuttavat:

• kelan läpi kulkevan virran voimakkuus;

• käämien lukumäärä ja tiheys, jotka määräävät kelan aksiaalisen pituuden.

Suuremmat virrat lisäävät magnetomotorista voimaa. Myös kahdessa kelassa, joissa on sama kierrosluku mutta eri käämitiheydet, kun sama virta kulkee, tämä voima on suurempi siellä, missä kierrokset ovat lähempänä.

Sähkö- ja magneettikentillä on siis selvät erot, mutta ne ovat yhden yhteisen asian, sähkömagneettisen, toisiinsa liittyviä komponentteja.