Varautuneet hiukkaskentät, sähkömagneettiset ja sähköstaattiset kentät ja niiden komponentit
Hiukkaset ja kentät ovat kahdenlaisia aineita. Hiukkasten vuorovaikutuksen ominaispiirre on, että se ei tapahdu niiden suorassa kosketuksessa, vaan tietyllä etäisyydellä niiden välillä.
Tämä johtuu siitä, että hiukkaset liittyvät niitä ympäröivään kenttään ja määräävät niiden välisen vuorovaikutuksen. Siten hiukkaset vuorovaikuttavat kenttiensä kautta.
Kentät jakautuvat avaruudessa, toisin kuin erilliset hiukkaset, jatkuvasti. Jotkut vuorovaikutukset ovat luonteeltaan kaksijakoisia. Joten esimerkiksi sähkömagneettinen kenttä, joka etenee avaruudessa aaltojen muodossa, havaitaan samanaikaisesti erillisten hiukkasten - fotonien - muodossa.
Luonnossa on erilaisia kenttiä: gravitaatio (gravitaatio), magnetostaattinen, sähköstaattinen, ydin jne. Jokaiselle alalle on ominaista omaleimaiset, luontaiset ominaisuudet.
Kahden aineen - hiukkasten ja kenttien - välillä on sisäinen yhteys, joka ilmenee ensisijaisesti siinä, että mikä tahansa muutos hiukkasten tilassa heijastuu suoraan kenttään (ja päinvastoin, kaikki muutokset kentässä vaikuttavat hiukkasiin ), sekä yleisten ominaisuuksien läsnä ollessa: massa, energia, liikemäärä tai liikemäärä jne.
Myös hiukkaset voivat muuttua kentiksi ja kenttä samoihin hiukkasiin. Kaikki tämä osoittaa, että aine ja kenttä ovat kahdenlaisia aineita.
Lisäksi kenttien ja hiukkasten välillä on ero, minkä ansiosta voimme pitää niitä erityyppisinä aineina.
Tämä ero koostuu siitä, että alkuainehiukkaset ovat erillisiä ja vievät tietyn tilavuuden, ne ovat läpäisemättömiä muille hiukkasille: eri kappaleet ja hiukkaset eivät voi miehittää samaa tilavuutta. Kentät ovat jatkuvia ja niillä on korkea läpäisevyys: erityyppisiä kenttiä voidaan sijoittaa samanaikaisesti samaan tilavuuteen.
Hiukkaset ja kappaleet voivat liikkua avaruudessa ulkoisten voimien vaikutuksesta, kiihdytettynä tai hidastettuna, eli hiukkasten nopeus avaruudessa voi olla erilainen. Kentät etenevät avaruudessa samalla nopeudella, esimerkiksi tyhjiössä - valon nopeutta vastaavalla nopeudella.
Koska hiukkaset ja kentät liittyvät läheisesti toisiinsa ja muodostavat kokonaisuuden, on mahdotonta määrittää tarkkaa rajaa hiukkasen ja sen kentän välille avaruudessa.
On kuitenkin mahdollista määrittää hyvin pieni avaruusalue, jossa erillisen hiukkasen ominaisuudet ilmenevät. Tässä mielessä on ehdollisesti mahdollista määrittää mitat alkuainehiukkasia… Määritellyn alueen ulkopuolella olevassa avaruudessa voidaan olettaa, että alkuainehiukkaseen liittyy vain kenttä.
Sähkömagneettinen kenttä ja sen komponentit
Sähkötekniikassa katsotaan kenttä, joka syntyy kantavien hiukkasten liikkeestä sähkömaksut… Tällaista kenttää kutsutaan sähkömagneettiseksi. Tämän kentän leviämiseen liittyviä ilmiöitä kutsutaan sähkömagneettisiksi ilmiöiksi.
Ytimen ympärillä olevassa atomissa kiertävät elektronit ovat vuorovaikutuksessa protonien kanssa sähkökentän kautta, mutta samalla niiden liike vastaa sähkövirtaa, joka, kuten kokemus osoittaa, liittyy aina magneettikentän läsnäoloon.
Siksi kenttä, jonka kautta atomin alkuainehiukkaset ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, eli sähkömagneettinen kenttä, koostuu kahdesta kentästä: sähköisestä ja magneettisesta. Nämä kentät ovat yhteydessä toisiinsa ja ovat erottamattomia toisistaan.
Ulkoisesti makroskooppisen tutkimuksen kohteena oleva sähkömagneettinen kenttä ilmenee joissain tapauksissa kiinteän kentän muodossa ja toisissa tapauksissa vaihtokentän muodossa.
Tietyn aineen atomien paikallaan olevassa tilassa sekä sähkökenttä (tässä tapauksessa atomeissa oleva kenttä on täysin yhteydessä erimerkkisten samansuuruisten varausten kanssa) että magneettikenttä (johtuen elektronien kiertoradan kaoottisesta orientaatiosta) ulkoavaruutta ei havaita.
Jos atomin tasapaino kuitenkin häiriintyy (muodostuu ioni, suunnattu liike asettuu kaoottisen liikkeen päälle, magneettisten aineiden alkeisvirrat suuntautuvat yhteen suuntaan jne.), niin tämän aineen ulkopuolella kenttä voidaan havaita.Lisäksi, jos määritetty tila pysyy muuttumattomana, kentän ominaisuuksilla on arvo, joka on vakio ajan mittaan. Tällaista kenttää kutsutaan paikallaan pysyväksi kenttään.
Makroskooppisen tutkimuksen aikana paikallaan pysyvä kenttä esiintyy useissa tapauksissa vain yhden komponentin muodossa: joko sähkökentän muodossa (esimerkiksi paikallaan olevien varautuneiden kappaleiden kenttä) tai magneettikentän muodossa (esim. esimerkiksi kestomagneettikenttä).
Kiinteän sähkömagneettisen kentän komponentit ovat erottamattomia liikkuvista varautuneista hiukkasista: sähkökomponentti liittyy sähkövarauksiin, ja magneettinen komponentti seuraa (ympäröi) liikkuvia varautuneita hiukkasia.
Vaihtuva sähkömagneettinen kenttä muodostuu varautuneiden hiukkasten, järjestelmien tai paikallaan olevien kenttien ainesosien muuttuvan tai värähtelevän liikkeen seurauksena. Tällaiselle suurtaajuiselle kentälle on ominaista, että sen syntymisen jälkeen (lähteestä lähettämisen jälkeen) se erotetaan lähteestä ja joutuu ympäristöön aaltojen muodossa.
Tämän kentän sähköinen komponentti on vapaassa tilassa, erotettuna materiaalihiukkasista ja sillä on pyörteinen luonne. Sama kenttä on magneettinen komponentti: se on myös vapaassa tilassa, joka ei liity liikkuviin varauksiin (tai sähkövirtaan). Molemmat kentät edustavat kuitenkin erottamatonta kokonaisuutta ja muuttuvat avaruudessa liikkuessaan jatkuvasti toisikseen.
Muuttuva sähkömagneettinen kenttä havaitaan sen etenemisreitillä oleviin hiukkasiin ja järjestelmiin kohdistuvan vaikutuksen perusteella, jotka voidaan asettaa värähtelevään liikkeeseen, sekä laitteiden avulla, jotka muuttavat sähkömagneettisen kentän energian toisen tyyppiseksi energiaksi. (esimerkiksi lämpö).
Erikoistapaus on tämän kentän vaikutus elävien olentojen näköelimiin (valo on sähkömagneettisia aaltoja).
Sähkömagneettisen kentän komponentit - sähkö- ja magneettikentät löydettiin ja tutkittiin ennen sähkömagneettista kenttää ja toisistaan riippumatta: niiden välillä ei silloin löydetty yhteyttä. Tämä johti siihen, että molempia alueita pidettiin itsenäisinä.
Teoreettiset pohdinnat, jotka sitten vahvistetaan kokeella, osoittavat, että sähkö- ja magneettikenttien välillä on erottamaton yhteys, ja mikä tahansa sähköinen tai magneettinen ilmiö osoittautuu aina sähkömagneettiseksi.
Katso myös: Sähkö- ja magneettikenttä: mitkä ovat erot?
Sähköstaattinen kenttä
Ainoastaan sähkökenttä havaitaan tyhjiössä tai dielektrisessä väliaineessa havaitsijaan nähden paikallaan olevien kappaleiden ympärillä ylimäärällä, joka ei muutu tilassa ja ajassa (makroskooppisessa mielessä) samanmerkkisiä sähkövarauksia, jotka on saatu atomien ionisaatiossa ( sähköistyksen seurauksena - Kappaleiden sähköistäminen, varausten vuorovaikutus.Tällaista kenttää kutsutaan sähköstaattiseksi.
Sähköstaattinen kenttä on kiinteän sähkökentän tyyppi ja eroaa siitä siinä, että sähköstaattisen kentän aiheuttavat alkuainevarautuneet hiukkaset ovat vain kaoottisessa liikkeessä, kun taas stationaarisen kentän määrää kaoottisen liikkeen päälle asetettujen elektronien suunnattu liike.
Tässä kentässä ominaisuuksien pysyvyys johtuu varausten jakautumisen jatkuvasta toistosta kentässä (tasapainoprosessi).
Sähköstaattisessa kentässä suuren määrän yksilöllisesti varautuneiden hiukkasten yleinen toiminta jatkuvassa kaoottisessa liikkeessä eri suuntiin havaitaan varautuneen kappaleen ulkopuolella kentällä, jolla on samanmerkkinen sähkövaraus, joka ei muutu ajan myötä.
Magneettisen komponentin vaikutus sähköstaattiseen kenttään neutraloituu keskenään varauksenkuljettajien kaoottisen liikkeen vuoksi ulkoavaruudessa, eikä sitä siksi havaita.
Sähköstaattisen kentän erottuva piirre on lähde- ja viemärikappaleiden läsnäolo, joille annetaan erimerkkisiä ylimääräisiä varauksia (kappaleita, joista tämä kenttä näyttää virtaavan ja joihin se virtaa).
Sähköstaattinen kenttä ja sähköistyt kappaleet, jotka ovat kentän lähteitä ja nieluja, ovat erottamattomia toisistaan ja edustavat yhtä fyysistä kokonaisuutta.
Tässä sähköstaattinen kenttä eroaa vaihtosähkömagneettisen kentän sähkökomponentista, joka vapaassa tilassa on pyörreluonteinen, jolla ei ole lähdettä ja nielua.
Energiaa ei kuluteta tämän sähköstaattisen kentän tilan ylläpitämiseen. Se on tarpeen vain, kun tämä kenttä on muodostettu (sähkömagneettisen kentän jatkuvaan lähettämiseen tarvitaan energiaa).
Sähköstaattinen kenttä voidaan havaita mekaanisella voimalla, joka vaikuttaa tähän kenttään sijoitettuihin paikallaan oleviin varautuneisiin kappaleisiin, sekä indusoimalla tai ohjaamalla sähköstaattisia varauksia paikallaan oleviin metallikappaleisiin ja polarisoimalla tähän kenttään sijoitettuja kiinteitä dielektrisiä kappaleita.
Katso myös: