Polja nabijenih čestica, elektromagnetska i elektrostatička polja i njihove komponente
Čestice i polja su dvije vrste materije. Karakteristična značajka interakcije čestica je da se ne odvija u njihovom izravnom kontaktu, već na određenoj udaljenosti između njih.
To je zbog činjenice da su čestice povezane s poljem koje ih okružuje i određuje međudjelovanje među njima. Dakle, čestice međusobno djeluju kroz svoja polja.
Polja su raspoređena u prostoru, za razliku od diskretnih čestica, kontinuirano. Neke interakcije su dualne prirode. Tako se, primjerice, elektromagnetsko polje koje se širi prostorom u obliku valova istovremeno detektira u obliku diskretnih čestica - fotona.
U prirodi postoje polja raznih vrsta: gravitacijska (gravitacijska), magnetostatska, elektrostatička, nuklearna itd. Svako polje karakteriziraju različita, inherentna svojstva.
Između dvije vrste materije — čestica i polja — postoji unutarnja veza, koja se očituje prvenstveno u činjenici da se svaka promjena stanja čestica izravno odražava na polje (i obrnuto, svaka promjena polja utječe na čestice ), kao iu prisutnosti općih svojstava: mase, energije, zamaha ili zamaha itd.
Također, čestice se mogu pretvoriti u polje, a polje u iste te čestice. Sve ovo pokazuje da su materija i polje dvije vrste materije.
Osim toga, postoji razlika između polja i čestica, što nam omogućuje da ih smatramo različitim vrstama materije.
Ta se razlika sastoji u tome što su elementarne čestice diskretne i zauzimaju određeni volumen, nepropusne su za druge čestice: isti volumen ne mogu zauzimati različita tijela i čestice. Polja su kontinuirana i imaju visoku propusnost: polja različitih vrsta mogu se nalaziti istovremeno u istom volumenu prostora.
Čestice i tijela mogu se kretati u prostoru pod utjecajem vanjskih sila, ubrzano ili usporeno, odnosno brzina kretanja čestica u prostoru može biti različita. Polja se jednakom brzinom šire prostorom, primjerice u vakuumu – brzinom jednakom brzini svjetlosti.
Budući da su čestice i polja usko povezani jedni s drugima i čine cjelinu, nemoguće je utvrditi točnu granicu između čestice i njezina polja u prostoru.
Međutim, moguće je odrediti vrlo malo područje prostora u kojem se očituju svojstva diskretne čestice. U tom smislu uvjetno je moguće odrediti dimenzije elementarne čestice… U prostoru izvan navedenog područja može se pretpostaviti da postoji samo polje povezano s elementarnom česticom.
Elektromagnetsko polje i njegove komponente
U elektrotehnici se smatra polje koje je uzrokovano kretanjem nosivih čestica električni naboji… Takvo polje nazivamo elektromagnetskim. Fenomeni povezani sa širenjem ovog polja nazivaju se elektromagnetski fenomeni.
Elektroni koji kruže u atomu oko jezgre međusobno djeluju s protonima kroz električno polje, dok je istovremeno njihovo kretanje ekvivalentno električnoj struji, koja je, kako iskustvo pokazuje, uvijek povezana s prisutnošću magnetskog polja.
Dakle, polje kroz koje elementarne čestice atoma međusobno djeluju, odnosno elektromagnetsko polje, sastoji se od dva polja: električnog i magnetskog. Ova polja su međusobno povezana i neodvojiva jedno od drugog.
Izvana, elektromagnetsko polje pod makroskopskim pregledom manifestira se u nekim slučajevima u obliku stacionarnog polja, au drugim slučajevima u obliku izmjeničnog polja.
U stacionarnom stanju atoma dane tvari, i električno polje (u ovom slučaju polje u atomima potpuno je povezano s jednakim nabojima različitih predznaka) i magnetsko polje (zbog kaotične orijentacije elektronskih orbita) u svemir nije detektiran.
Međutim, ako je ravnoteža u atomu poremećena (nastaje ion, usmjereno gibanje se superponira kaotičnom gibanju, elementarne struje magnetskih tvari usmjerene su u jednom smjeru itd.), tada se izvan te tvari polje može detektirati.Osim toga, ako se navedeno stanje održava nepromijenjenim, tada karakteristike polja imaju vrijednost koja je konstantna tijekom vremena. Takvo polje se naziva stacionarno polje.
Stacionarno polje tijekom makroskopskog pregleda u nizu slučajeva javlja se u obliku samo jedne komponente: ili u obliku električnog polja (na primjer, polje nepokretnih nabijenih tijela), ili u obliku magnetskog polja (npr. npr. polje permanentnih magneta).
Komponente stacionarnog elektromagnetskog polja neodvojive su od pokretnih nabijenih čestica: električna komponenta povezana je s električnim nabojima, a magnetska komponenta prati (okružuje) pokretne nabijene čestice.
Promjenjivo elektromagnetsko polje nastaje kao rezultat promjenjivog ili oscilirajućeg gibanja nabijenih čestica, sustava ili sastavnih dijelova stacionarnih polja. Karakteristika takvog visokofrekventnog polja je da se nakon nastanka (nakon emitiranja iz izvora) odvaja od izvora i u obliku valova ulazi u okolinu.
Električna komponenta ovog polja postoji u slobodnom stanju, odvojena od materijalnih čestica i ima vrtložni karakter. Isto polje je magnetska komponenta: ono također postoji u slobodnom stanju, nije povezano s pokretnim nabojima (ili električnom strujom). Međutim, oba polja predstavljaju neodvojivu cjelinu iu procesu kretanja u prostoru neprestano se pretvaraju jedno u drugo.
Promjenjivo elektromagnetsko polje detektira se djelovanjem na čestice i sustave koji se nalaze na putu njegovog širenja, a koji se mogu dovesti u oscilirajuće gibanje, kao i pomoću uređaja koji pretvaraju energiju elektromagnetskog polja u energiju druge vrste. (na primjer, toplinski) .
Poseban slučaj je djelovanje ovog polja na vidne organe živih bića (svjetlost su elektromagnetski valovi).
Komponente elektromagnetskog polja — električna i magnetska polja su otkriveni i proučavani prije elektromagnetskog polja, i neovisno jedan o drugom: tada nije otkrivena nikakva veza između njih. To je dovelo do činjenice da su se oba područja smatrala neovisnima.
Teorijska razmatranja, zatim potvrđena eksperimentom, pokazuju da postoji neraskidiva veza između električnog i magnetskog polja, a svaki električni ili magnetski fenomen uvijek se pokaže elektromagnetskim.
Vidi također: Električno i magnetsko polje: Koje su razlike?
Elektrostatičko polje
Samo se električno polje detektira u vakuumu ili dielektričnom mediju oko izoliranih tijela koja miruju u odnosu na promatrača s viškom nepromijenjenih u prostoru i vremenu (u makroskopskom smislu) električnih naboja istog predznaka dobivenih tijekom ionizacije atoma ( kao rezultat elektrifikacije izgled - Naelektrisanje tijela, međudjelovanje naboja).Takvo polje nazivamo elektrostatičkim.
Elektrostatsko polje je vrsta stacionarnog električnog polja i razlikuje se od njega po tome što su elementarne nabijene čestice koje uzrokuju elektrostatsko polje samo u kaotičnom gibanju, dok je stacionarno polje određeno usmjerenim gibanjem elektrona superponiranim na kaotično gibanje.
U ovom polju, postojanost karakteristika je posljedica kontinuirane reprodukcije raspodjele naboja u polju (proces ravnoteže).
U elektrostatskom polju opće djelovanje velikog broja jednoznačno nabijenih čestica u kontinuiranom kaotičnom gibanju u različitim smjerovima izvan nabijenog tijela percipira se kao polje s električnim nabojem istog predznaka koji se ne mijenja tijekom vremena.
Djelovanje magnetske komponente u elektrostatskom polju se međusobno neutralizira zbog kaotičnog kretanja nositelja naboja u vanjskom prostoru i stoga se ne detektira.
Posebnost elektrostatskog polja je prisutnost tijela izvora i odvoda, kojima se daju višak naboja različitih predznaka (tijela iz kojih ovo polje izgleda kao da teče i u koje se ulijeva).
Elektrostatičko polje i naelektrizirana tijela, koja su izvori i ponori polja, neodvojivi su jedno od drugog i predstavljaju jednu fizičku cjelinu.
U tome se elektrostatsko polje razlikuje od električne komponente izmjeničnog elektromagnetskog polja, koje u slobodnom stanju ima vrtložni karakter, nema izvor i odvod.
Za održavanje ovog stanja elektrostatskog polja ne troši se energija. To je potrebno samo kada je to polje uspostavljeno (potrebna je energija za kontinuirano emitiranje elektromagnetskog polja).
Elektrostatsko polje može se detektirati mehaničkom silom koja djeluje na nepomična nabijena tijela smještena u tom polju, kao i induciranjem ili usmjeravanjem elektrostatskog naboja na nepomična metalna tijela te polarizacijom nepomičnih dielektričnih tijela smještenih u to polje.
Vidi također: