Električno i magnetsko polje: Koje su razlike?

Pojam «polje» na ruskom znači vrlo veliko područje ujednačenog sastava, na primjer pšenice ili krumpira.

U fizici i elektrotehnici koristi se za opisivanje različitih vrsta materije, na primjer elektromagnetske, koje se sastoje od električnih i magnetskih komponenti.

Električni naboj povezan je s ovim oblicima materije. Kad miruje, oko njega uvijek postoji električno polje, a kad se kreće stvara se i magnetsko polje.

Čovjekova ideja o prirodi električnog (točnije, elektrostatskog) polja formirana je na temelju eksperimentalnih istraživanja njegovih svojstava, jer još uvijek ne postoji druga metoda istraživanja. Ovom metodom utvrđeno je da na pokretne i/ili stacionarne električne naboje djeluje određenom silom. Mjerenjem njegove vrijednosti ocjenjuju se glavne radne karakteristike.

Električno polje

Formirano:

• oko električnih naboja (tijela ili čestica);

• s promjenama u magnetskom polju, kao što se događa tijekom kretanja Elektromagnetski valovi. 

Prikazuje se linijama sile, koje se obično prikazuju kao da proizlaze iz pozitivnih naboja i završavaju u negativnim. Naboji su dakle izvori električnog polja. Djelujući na njih možete:

• utvrđivanje prisutnosti polja;

• unesite kalibriranu vrijednost za mjerenje njezine vrijednosti.

Za praktičnu upotrebu, karakteristika snage tzv. napon, koji se procjenjuje djelovanjem na jedan naboj s pozitivnim predznakom.

Magnetsko polje

Djeluje na:

• električna tijela i naboji u gibanju s određenim naporom;

• magnetske momente bez razmatranja stanja njihovog gibanja.

Magnetsko polje nastaje:

• prolazak struje nabijenih čestica;

• zbrajanjem magnetskih momenata elektrona unutar atoma ili drugih čestica;

• s privremenom promjenom električnog polja.

Također je prikazan linijama sile, ali su zatvorene duž konture, nemaju početak i kraj, za razliku od električnih.

Međudjelovanje električnog i magnetskog polja

Prvo teoretsko i matematičko opravdanje procesa koji se odvijaju u elektromagnetskom polju izveo je James Clerk Maxwell. Predstavio je sustav jednadžbi diferencijalnog i integralnog oblika u kojem je pokazao odnos elektromagnetskog polja prema električnim nabojima i strujama koje teku u kontinuiranom mediju ili vakuumu.

U svom radu koristi se zakonima:

• Ampere, opisujući protok struje kroz žicu i stvaranje magnetske indukcije oko nje;

• Faraday, objašnjavajući pojavu električne struje djelovanjem izmjeničnog magnetskog polja na zatvoreni vodič.

Maxwellovi radovi utvrdili su precizne odnose između manifestacija električnog i magnetskog polja ovisno o nabojima raspoređenim u prostoru.

Prošlo je dosta vremena od objavljivanja Maxwellovih djela. Znanstvenici stalno proučavaju manifestacije eksperimentalnih činjenica između električnih i magnetskih polja, ali čak i sada je teško utvrditi njihovu prirodu. Rezultati su ograničeni na čisto praktične primjene fenomena koji se razmatraju.

To se objašnjava činjenicom da s našim stupnjem znanja možemo samo graditi hipoteze, jer za sada možemo samo nešto pretpostaviti.Na kraju krajeva, priroda ima neiscrpna svojstva koja još treba puno i dugo proučavati.

Usporedne karakteristike električnog i magnetskog polja

Izvori obrazovanja

Međusobni odnos polja elektriciteta i magnetizma pomaže u razumijevanju očite činjenice: ona nisu izolirana, već povezana, ali se mogu manifestirati na različite načine, predstavljajući jedinstvenu cjelinu - elektromagnetsko polje.

Ako zamislimo da se iz svemira u nekoj točki stvara nehomogeno polje električnog naboja, koje miruje u odnosu na površinu Zemlje, tada neće uspjeti odrediti magnetsko polje oko njega u mirovanju.

Ako se promatrač počne pomicati u odnosu na taj naboj, tada će se polje početi mijenjati u vremenu, a električna komponenta će već formirati magnetsku, što stalni istraživač može vidjeti svojim mjernim instrumentima.

Slično, ove pojave će se dogoditi kada se nepomični magnet postavi na neku površinu, stvarajući magnetsko polje. Kada se promatrač počne kretati prema njoj, otkrit će pojavu električne struje.Ovaj proces opisuje fenomen elektromagnetske indukcije.

Stoga nema previše smisla govoriti da u razmatranoj točki prostora postoji samo jedno od dva polja: električno ili magnetsko. Ovo pitanje mora se postaviti u odnosu na referentni okvir:

• stacionarni;

• Pokretno.

Drugim riječima, referentni okvir utječe na manifestaciju električnih i magnetskih polja na isti način kao i promatranje krajolika kroz filtre različitih nijansi. Promjena boje stakla utječe na našu percepciju cjelokupne slike, no čak i ako kao osnovu uzmemo prirodno svjetlo koje nastaje prolaskom sunčeve svjetlosti kroz zračnu atmosferu, ono neće dati pravu sliku u cjelini, već će ga iskriviti.

To znači da je referentni okvir jedan od načina proučavanja elektromagnetskog polja, omogućuje procjenu njegovih svojstava, konfiguracije. Ali to zapravo nije važno.

Indikatori elektromagnetskog polja

Električno polje

Električno nabijena tijela koriste se kao indikatori prisutnosti polja na određenom mjestu u prostoru. Za promatranje električne komponente mogu koristiti naelektrizirane komadiće papira, kuglice, rukave, "sultane".

Razmotrimo primjer gdje su dvije indikatorske kuglice postavljene u slobodnom ovjesu s obje strane ravnog naelektriziranog dielektrika. Jednako će ih privlačiti njegova površina i pružat će se u liniji.

U drugoj fazi postavljamo ravnu metalnu ploču između jedne od kuglica i naelektriziranog dielektrika. Ovo neće promijeniti sile koje djeluju na indikatore. Kuglice neće promijeniti svoj položaj.

Treća faza eksperimenta odnosi se na uzemljenje metalnog lima. Čim se to dogodi, indikatorska kuglica koja se nalazi između naelektriziranog dielektrika i uzemljenog metala promijenit će svoj položaj, mijenjajući smjer u okomiti. Prestat će biti privučen pločom i bit će podložan samo gravitacijskim silama gravitacije.

Ovo iskustvo pokazuje da uzemljeni metalni štitovi blokiraju širenje linija električnog polja.

Magnetsko polje

U ovom slučaju pokazatelji mogu biti:

• čelične strugotine;

• zatvorena petlja kroz koju teče električna struja;

• magnetska igla (primjer kompasa).

Najrašireniji je princip raspodjele čeličnih strugotina duž magnetskih linija sile. Uključuje se i u rad magnetske igle koja se, kako bi se smanjilo protivljenje sila trenja, fiksira na oštri vrh i time dobiva dodatnu slobodu rotacije.

Zakoni koji opisuju interakcije polja s nabijenim tijelima

Električna polja

Coulombov eksperimentalni rad, proveden s točkastim nabojem obješenim na tanku i dugu nit kvarca, poslužio je da razjasni sliku procesa koji se odvijaju u električnim poljima.

Kada bi im se približila nabijena lopta, ona je utjecala na njihov položaj, prisiljavajući ih da odstupe za određeni iznos. Ova je vrijednost fiksirana na brojčaniku skale posebno dizajniranog uređaja.

Na taj način, sile međusobnog djelovanja između električnih naboja, tzv električna, Coulombova interakcija…Opisani su matematičkim formulama koje omogućuju preliminarne proračune projektiranih uređaja.

Magnetska polja

Ovdje radi dobro Amperov zakon temeljeno na međudjelovanju vodiča sa strujom smještenog unutar magnetskih linija sile.

Za smjer sile koja djeluje na žicu kojom teče struja vrijedi pravilo prema rasporedu prstiju lijeve ruke. Četiri spojena prsta moraju biti postavljena u smjeru struje, a linije sile magnetskog polja moraju ulaziti u dlan. Tada će istureni palac pokazati smjer željene sile.

Grafika leta

Za njihovo označavanje u ravnini crteža koriste se silnice.

Električna polja

Za označavanje linija naprezanja u ovoj situaciji koristi se potencijalno polje kada su prisutni stacionarni naboji. Linija sile izlazi iz pozitivnog naboja i ide prema negativnom.

Primjer modeliranja električnog polja je varijanta stavljanja kristala kinina u ulje. Suvremenija metoda je korištenje računalnih programa grafičkih dizajnera.

Omogućuju vam stvaranje slika ekvipotencijalnih površina, procjenu numeričke vrijednosti električnog polja i analizu različitih situacija.

Magnetska polja

Za veću jasnoću prikaza koriste linije karakteristične za vrtložno polje kada je zatvoreno petljom. Gornji primjer s čeličnim turpijama jasno ilustrira ovaj fenomen.

Karakteristike snage

Uobičajeno je izražavati ih kao vektorske veličine koje imaju:

• određeni tijek radnje;

• vrijednost sile izračunata odgovarajućom formulom.

Električna polja

Vektor jakosti električnog polja pri jediničnom naboju može se prikazati u obliku trodimenzionalne slike.

Njegova veličina:

• usmjeren od središta naboja;

• ima dimenziju koja ovisi o metodi izračuna;

• određuje se beskontaktnim djelovanjem, odnosno na daljinu, kao omjer djelovajuće sile i naboja.

Magnetska polja

Napon koji nastaje u zavojnici može se vidjeti kao primjer na sljedećoj slici.

Magnetske linije sile u njoj iz svakog zavoja izvana imaju isti smjer i zbrajaju se. Unutar zavojnog prostora usmjereni su suprotno. Zbog toga je unutarnje polje oslabljeno.

Na veličinu napona utječe:

• jakost struje koja prolazi kroz zavojnicu;

• broj i gustoća namota, koji određuju osnu duljinu zavojnice.

Veće struje povećavaju magnetomotornu silu. Također, u dva svitka s istim brojem zavoja, ali različitim gustoćama namota, kada teče ista struja, ova sila će biti veća tamo gdje su zavoji bliži.

Dakle, električna i magnetska polja imaju određene razlike, ali su međusobno povezane komponente jedne zajedničke stvari, elektromagnetske.