Чем магнитное поле отличается от электрического: Электрическое и магнитное поле: в чем различия

Содержание

Электрическое и магнитное поле: в чем различия

Содержание

Примеры магнитных полей

Электромагнит состоит из провода, обмотанного вокруг ферромагнетика. При прохождении через провод тока, появляется магнитное поле. Ферромагнетик – такое вещество, которое может вести себя как магнит ниже определённой температуры, называемой температурой Кюри. В обычных условиях ферромагнетики ведут себя как магниты только при наличии магнитного поля. В электромагните поле создаётся электрическим током, и ферромагнетик начинает вести себя как магнит. Также интересным примером является магнитное поле Земли.

Магнитное поле Земли

В центре нашей планеты, как считают учёные, находится ядро, состоящее из жидкого железа. Железо – металл, и в нём свободно перемещаются электроны. Это ядро не статично, то есть оно движется, в связи с этим движутся электроны и создают магнитное поле. Если бы земное ядро начало останавливаться, как это было в фильме Джона Эмиела «Ядро Земли», земное магнитное поле действительно бы исчезло, что привело бы к катастрофическим последствиям.

Сравнение полей: электрического и магнитного

Важно понять, что электрическое и магнитное поле – это не обособленные понятия, а единый комплекс, получивший название электромагнитного поля. Следовательно, и изучать это поле необходимо параллельно, относясь к исследуемому явлению, как к единому целому

Утверждение, что в какой-либо определенной точке пространства может иметься только одно из действующих полей, не может быть принято во внимание, более того – оно бессмысленно. Вопрос может быть поставлен исключительно с учетом типа исследуемой системы, которая может быть стационарной или подвижной

В целом, сама система отсчета – это составная часть исследования электромагнитного поля. По характеристикам системы можно делать оценку, касательно свойств и конфигурации электромагнитного поля. Но абсолютной значимости система не имеет.

Что может быть применено в качестве индикаторов электромагнитного поля

Для электрического поля – это заряженные тела. Именно они указывают на наличие в определенном месте пространства поля. При проведении опытов и наблюдений широко используются такие подручные материалы, как:

– мелкие кусочки бумаги;

– небольшие комочки, бумажные шарики;

– гильзы;

– так называемые «султаны».

Чтобы «увидеть» магнитное поле, можно использовать стальные опилки либо замкнутый контур, по которому протекает электрический ток. Еже проще – использовать магнитную стрелку, которая имеется на каждом компасе.

Примечания

Для вакуума, для которого формулируются фундаментальные уравнения, напряжённость магнитного поля и магнитная индукция — по сути одно и то же, хотя в некоторых системах единиц (в том числе в СИ) могут отличаться постоянным множителем и даже единицами измерения.
Подразумевается распространение со слабым убыванием по интенсивности; в вакууме подразумевается убывание с расстоянием от источника медленнее, чем убывание статического (кулоновского) поля; плоская электромагнитная волна — пока приближение плоской волны верно и в пренебрежении поглощением (или в идеальном вакууме) — вообще не убывает по амплитуде, сферическая — убывает медленнее, чем соответственно напряженность или потенциал в законе Кулона.
Параметр m (масса) в уравнении Клейна-Гордона для электромагнитного поля равен нулю (иначе говоря, это означает, что электромагнитный потенциал подчиняется — в определённой калибровке — просто волновому уравнению. С этим связан факт, что фотон (в вакууме) нельзя — как и любую безмассовую частицу — остановить, он всегда движется с одной и той же скоростью — скоростью света.
В наиболее простой интерпретации это означает, что электромагнитное поле непосредственно не взаимодействует само с собой, то есть что электромагнитное не имеет электрического заряда. Фотон не может сам непосредственно излучить или поглотить другой фотон.

При применении терминов в узком смысле калибровочными считаются только векторные поля; но мы, во всяком случае, обозначим здесь векторный характер электромагнитного поля явно.
Калибровочным электромагнитное поле является при рассмотрении его во взаимодействии с электрически заряженными частицами; понятие калибровочного поля всегда подразумевает подобное взаимодействие (подобное в каком-то смысле; конкретный способ взаимодействия может заметно отличаться).

Явление взаимодействия двух магнитов.

Явление магнитного поля, которое мы можем встретить в повседневной жизни, получило название взаимодействие двух магнитов. Оно выражается в отталкивании друг от друга одинаковых полюсов и притяжении противоположных полюсов. С формальной точки зрения описать взаимодействия между двумя магнитами как взаимодействие двух монополей, является достаточно полезной, реализуемой и удобной идеей. В то же время, детальный анализ свидетельствует, что в действительности это не совсем верное описание явления. Основным вопросом, остающимся без ответа в рамках такой модели, является, почему монополя не могут быть разделены. Собственно, экспериментально доказано, что любое изолированное тело не имеет магнитный заряд. Также эту модель невозможно применить к магнитному полю, созданному макроскопическим током.

С нашей точки зрения, правильно считать, что сила, действующая на магнитный диполь, находящийся в неоднородном поле, стремится развернуть его таким образом, чтобы магнитный момент диполя имел одинаковое с магнитным полем направление. Однако нет магнитов, которые подвержены воздействию суммарной силы со стороны однородного магнитного поля тока. Сила, которая действует на магнитный диполь с магнитным моментом m выражается следующей формулой:

Действующая на магнит сила со стороны неоднородного магнитного поля, выражается суммой всех сил, которые определяются данной формулой, и воздействующих на элементарные диполи, которые составляют магнит.

Как происходит взаимодействие электрического и магнитного полей

Первые достаточно точные обоснования и выводы (как теоретические, так и практические) по результатам исследований процессов внутри данных полей сделал великий ученый Д. Максвелл. Он показал, какая взаимосвязь происходит между эклектическими зарядами и протекающими токами электромагнитного поля. Для проведения исследований и получения результатов, были применены ранее сформулированные законы Ампера и Фарадея. В трудах физика было определено точное соотношение между электрическим и магнитным полем, которое возникало вследствие определенного способа распределения зарядов в пространстве.

Физические свойства

Физические свойства электромагнитного поля и электромагнитного взаимодействия — предмет изучения электродинамики, с классической точки зрения оно описывается классической электродинамикой, а с квантовой — квантовой электродинамикой. В принципе, первая является приближением второй, заметно более простым, но для многих задач — очень и очень хорошим.

В рамках квантовой электродинамики электромагнитное излучение можно рассматривать как поток фотонов. Частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон (частица, которую можно представить как элементарное квантовое возбуждение электромагнитного поля) — безмассовый векторный бозон. Фотон также называют квантом электромагнитного поля (подразумевая, что соседние по энергии стационарные состояния свободного электромагнитного поля с определённой частотой и волновым вектором различаются на один фотон).

Электромагнитное взаимодействие — это один из основных видов дальнодействующих фундаментальных взаимодействий, а электромагнитное поле — одно из фундаментальных полей.

Существует теория (входящая в Стандартную модель), объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействие в одно — электрослабое. Также существуют теории, объединяющие электромагнитное и гравитационное взаимодействие (например, теория Калуцы-Клейна). Однако последняя, при её теоретических достоинствах и красоте, не является общепринятой (в смысле её предпочтительности), так как экспериментально не обнаружено её отличий от простого сочетания обычных теорий электромагнетизма и гравитации, а также теоретических преимуществ в степени, заставившей бы признать её особенную ценность. Это же (в лучшем случае) можно сказать пока и о других подобных теориях: даже лучшие из них, по меньшей мере, недостаточно разработаны, чтобы считаться вполне успешными.

Проявление наличия магнитного поля.

Основным проявлением магнитного поля является влияние на магнитные моменты частиц и тел, на заряженные частицы находящиеся в движении. Силой Лоренца называется сила, которая воздействует на электрически заряженную частицу, которая движется в магнитном поле. Эта сила имеет постоянно выраженную перпендикулярную направленность к векторам v и B. Она также имеет пропорциональное значение заряду частицы q, составляющей скорости v, осуществляющейся перпендикулярно направлению вектора магнитного поля B, и величине, которая выражает индукцию магнитного поля B. Сила Лоренца согласно Международной системе единиц имеет такое выражение: F = q , в системе единиц СГС: F = q / c

Векторное произведение отображено квадратными скобками.

В результате влияния силы Лоренца на движущиеся по проводнику заряженные частицы, магнитное поле и может осуществлять воздействие на проводник с током. Силой Ампера является сила, действующая на проводник с током. Составляющими этой силы считаются силы, воздействующие на отдельные заряды, которые движутся внутри проводника.

Магнитное поле

Магнитное поле, как и электрическое, является векторным. Если электрическое поле создаётся любыми заряженными телами, то магнитное поле создаётся только движущимися зарядами. Таким зарядом может быть имеющая скорость частица, которая нередко встречается в задачах по физике, ток, ведь ток – это направленное движение заряженных частиц, металлическое тело, движущееся со скоростью. В этом случае в роли зарядов будут электроны, которые движутся вместе с самим телом. Напряжённость магнитного поля прямо пропорциональна скорости заряда и его значению. Как только заряд будет остановлен, магнитное поле исчезнет.

Магнитное поле соленоида и постоянного магнита

«Законодательная база»

Исследование полей, магнитного и электрического, осуществляется по ранее открытым физическим законам. Так, для электрического поля, при исследовании протекающих внутри него процессов, бесценную помощь оказали исследования и опыты, проведенные кулоном. Магнитное поле проще себе представить, воспользовавшись законом Ампера, применительно к расположению ладони человека. Так, чтобы определить направление действия силы, воздействующей на проводник, необходимо расположить ладонь следующим образом:

– 4 пальца, сложенные вместе, указывают на направление протекающего тока;

– силовые линии магнитного поля входят в ладонь;

– большой палец руки, находящийся под углом в 90 градусов по отношению к другим пальцам ладони, укажет направление воздействия искомой силы.

Основные сходства и различия

И электрическое, и магнитное поля являются силовыми. Это значит, что в каждой точке пространства, где действует это поле, на заряд действует определённая для этой точки сила. В другой точке эта сила будет другой. Электромагнитное поле действует на заряженные тела и частицы, но при этом электрическое поле действует на все заряды, а магнитное – только на движущиеся.

Есть вещества, взаимодействующие с магнитным полем, хотя и не содержащие в себе движущихся зарядов, например, упомянутые выше ферромагнетики. Аналогичных веществ для электрического поля нет. У магнитов, природных или намагниченных тел (как стрелка компаса, например), есть два полюса, которые называются северным и южным.

Обычные электрические заряды более-менее однородны и полюсов не содержат. Однако электрические заряды бывают двух типов: положительные и отрицательные. Знак заряда влияет на направление кулоновской силы и, следовательно, на взаимодействие двух заряженных частиц. Знак заряда не будет влиять на взаимодействие других зарядов с магнитным полем, он лишь поменяет полюса местами.

Электрическое, магнитное и электромагнитное поле

Наиболее сложные понятия, с которыми приходится сталкиваться при изучении электротехники и радиотехники, — это понятия об электрическом, магнитном и электромагнитном поле. И дело здесь, пожалуй, не в том, что электрическое или магнитное поля нельзя увидеть или потрогать рукой. Ведь мы довольно четко, хотя и упрощенно, представляем себе атом, несмотря на то что посмотреть на него не можем.

Основная трудность состоит в том, что невозможно представить себе какую-нибудь модель поля подобно тому, как мы рисуем в своем воображении упрощенную модель атома. Понятие об электрическом, магнитном и электромагнитном полях лучше всего взять из простейших опытов. Затем можно будет дополнить и развивать эти понятия, используя огромные достижения математики и физики в области изучения полей.

Электрическое поле возникает вокруг всякого электрического заряда или вокруг предмета, на котором имеется избыток зарядов какого-нибудь одного знака. Мы потерли о шерсть пластмассовую палочку дли обычную гребенку, создав на ней избыток отрицательных зарядов, и пространство вокруг гребенки приобрело какие-то особые свойства: мелкие клочки бумаги, попадая в это пространство, начинают притягиваться к ней. Каким образом наэлектризованная гребенка действует на клочки бумаги? Может быть, действие электрических сил передается через частицы окружающего воздуха?

Ни в коем случае! Если мы проделаем свой опыт в пустоте, то клочки бумаги будут так же притягиваться к гребенке, как и в воздухе или в каком-либо другом газе (рис.

25). Значит, дело здесь не в молекулах, атомах или других частицах окружающей среды. Значит, вокруг электрического заряда (в данном случае вокруг наэлектризованной гребенки) существует какое-то особое состояние пространства, какая-то особая форма материи, через которую и передается действие электрических сил. Эта особая форма материи, существующая наряду с такой известной нам формой материи, как вещество, и есть электрическое поле.

Науке уже многое известно об электрическом поле. Известно, например, что оно обладает определенной массой и запасом энергии (в нашем опыте эта энергия расходуется на перемещение к гребенке клочков бумаги). Многого об электрическом поле мы еще не знаем, однако факт его существования, подтвержденный многочисленными опытами, не может вызывать никаких сомнений.

Другая особая форма материи, существование которой также подтверждается опытами, — это магнитное поле. Магнитное поле появляется как следствие движения электрических зарядов. В этом легко убедиться, если поднести компас к проводнику, по которому течет постоянный ток (рис.

7). Под действием магнитного поля, возникающего вокруг проводника с током, стрелка компаса несколько отклонится, так же как она отклонилась бы под действием обычного магнита. Магнитное поле, как и электрическое, обладает запасом энергии (в нашем примере часть этой энергии расходуется на поворот стрелки компаса).

Электрическое и магнитное поля тесно связаны с электрическим зарядом или его движением: уберите заряд — и электрическое поле исчезнет; прекратите ток в цепи — и магнитного поля нет. Но можно получить электрическое и магнитное поля, а точнее, более сложное, электромагнитное поле, не связанное с электрическими зарядами, как бы оторванное от них.

Электромагнитное поле имеет черты как электрического поля (как говорят, имеет электрическую составляющую), так и магнитного поля (магнитная составляющая). Это значит, что электромагнитное поле могло бы при определенных условиях и поворачивать стрелку компаса, подобно магнитному полю, и перемещать электрические заряды, подобно электрическому полю. Электрическая и магнитная составляющие тесно связаны между собой, и каждая из них обладает запасом энергии, определяющим энергию всего электромагнитного поля.

Электромагнитное поле возникает при любом, даже незначительном изменении тока в проводнике. Изменяясь вместе с током, оно воздействует на соседние участки пространства, передает им свою энергию, и в этих, соседних участках также образуется электромагнитное поле. Таким образом, во все стороны от проводника, со скоростью света — 300 000 км/сек — все дальше и дальше движется волна электромагнитного поля, перенося с собой запасы энергии, которые она получила еще в месте своего возникновения.

Читать дальше — Характеристики электромагнитного поля

Электрическое поле

Если мы возьмём заряженное тело и условно назовём его центром, а второе заряженное тело будем перемещать вокруг центра, то кулоновскую силу можно записать как заряд, умноженный на напряжённость электрического поля. В значение напряжённости входят и значение заряда-центра, и квадрат расстояния от центра до второго заряда в данной точке пространства. То есть мы просто взяли обычную кулоновскую силу и всё, кроме значения одного из зарядов, назвали напряжённостью электрического поля.

В каждой точке этого поля своё значение и направление кулоновской силы. Такое поле называется векторным, ведь в каждой точке свои модуль и направление вектора, проведённого из начала координат (из заряда-центра) к этой точке.

Безопасность электромагнитных полей

Основная статья: Электромагнитная безопасность

В связи со всё большим распространением источников ЭМП в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретают нормирование уровней ЭМП и изучение возможного влияния ЭМП на человека. Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны.

Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях — на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в разных радиочастотных диапазонах различны.

Помогла ли вам статья?

Задать вопрос

Пишите ваши рекомендации и задавайте вопросы в комментариях

«Электрическое и магнитное поле отличаются друг от друга или электрическое поле и есть магнитное?» — Яндекс Кью

Главная

Сообщества

Физика

3 декабря 2019 ·

45,3 K

Алексей Ломазин

Математик, радиолюбитель, программист, сисадмин, энциклопедист. · 8 июн 2021

Электрическое и магнитное — это два разных поля. Электромагнитное поле (по определению переменное) в любой точке имеет две СОСТАВЛЯЮЩИХ — электрическую и магнитную. Причем соотношение их амплитуд может отличаться в разных точках.
Из радиолюбительской практики — вблизи магнитной антенны (соленоид, виток с током) электрическая составляющая ослаблена, поэтому при приеме такая антенна нечуствительна к находящимся вблизи (ближе 0.3-0.2 длины волны) источникам искровых помех, которые генерируют в основном электрическую составляющую.
Поэтому замкнутые антенны популярны на низкочастотных диапазонах (160-80-40м).
Дальше нескольких длин волн амплитуды электрической и магнитной составляющих выравниваются, и там уже неважно, чем именно был излучен сигнал.
Про поляризацию рассказывать не буду, это слишком тонкий юмор для нашего цирка.

борис калеганов

Данные обо мне есть на моей странице ВКонтакте. Калеганов Борис, возраст 75 лет. · 9 июн 2021

Давно показано, что называемое магнитное поле не является самостоятельной сущностью и является релятивистским искажением электрического поля движущихся зарядов. Известное из опыта «магнитное» взаимодействие проводников с электротоками объясняется без использования понятия магнитного поля, см. например, учебник В.А.Угарова «Специальная теория относительности» или книгу… Читать далее

Саид Насреддинов

Мыслитель · 7 дек 2019

Дорогой, есть (были) такие устройства, которые назывались вакуумные Электронно-Лучевые Трубки — ЭЛТ. Применялись в телевизорах 1950-2000 годов выпуска (назывались кинескопами) и в осциллографах того же периода. Содержали нагреваемый катод для эмиссии электронов в виде облака и экран с положительным потенциалом в несколько киловольт, покрытый люминофором и светящимся в… Читать далее

Комментарий был удалён за нарушение правил

Ник.Ст-ич

21 дек 2020

Это «отличие» физики до сих пор не понимают и не осмысливают верно, так как уже 100 лет находятся в обманном состоянии о строении атома по СКАЗОЧНО ГЛУПОЙ модели атома по Бору. НЕТ в атомах никаких летающих электронов, не никаких орбиталей. Читайте о самой прогрессивной и самой реалистичной модели атома «Атом — это кристаллическая сборка из первочастиц материи в… Читать далее

Андрей Богославский

7 дек 2019

Постоянное электрическое и магнитное поля в простом понятии (без рассмотрения неинерциальных систем отсчета) — это совершенно разные поля. Если же электрическое или магнитное поле меняется во времени, то это порождает изменение магнитного и электрического поля соответственно, поэтому это поле называется электромагнитным. Переменное электрическое поле создает магнитное… Читать далее

Магнитное поле против электромагнитного поля: подробные пояснения —

Кирти Мурти

Поскольку мы знаем, что магнитное поле само по себе является составной частью электромагнитного поля, давайте изучим сравнительный анализ магнитного поля против электрического поля в этом посте.

Генерация электромагнитного поля обусловлена заряженными частицами. Взаимный вклад магнитного и электрического полей составляет электромагнитное поле. Сравнительный анализ магнитного поля и электромагнитного поля поможет вам понять поведение магнитного поля в электромагнитном поле.

Магнитное поле и электромагнитное поле

Следующая таблица поможет вам понять сходства и различия между магнитным полем и электромагнитным полем

9 0020 Электромагнитное поле

	Магнитное поле
Определение	Магнитные поля представляют собой векторные поля, определяющие влияние магнитной силы на магнитный материал, движущиеся заряды и электрический ток.	Электромагнитные поля представляют собой совокупность электрических и магнитных полей, распространяющихся в пространстве во взаимно перпендикулярных направлениях.
Генерация	Магнитные поля генерируются движущимися зарядами.	Стационарный заряд может создавать только электрическое поле, при ускорении зарядов создаются магнитные поля. Таким образом генерируются электромагнитные поля.
Скорость	Скорость магнитного поля в вакууме равна скорости света.	Электромагнитные поля всегда распространяются со скоростью света.
Непрерывное свойство	Магнитные поля образуют волнообразную структуру и являются непрерывными, никакая дискретная структура невозможна.	Электромагнитные поля являются гладкими и непрерывными и распространяются волнообразно, но в некоторых случаях электромагнитное поле, участвующее в передаче энергии, описывается с помощью квантовой теории, переносимой пакетами энергии, называемыми квантами, которые обладают дискретной структурой энергетических состояний.
Взаимодействие	Взаимодействие магнитного поля касается только движущихся зарядов. Если есть только неподвижные заряды, то взаимодействия магнитного поля не будет. Магнитное поле также хорошо взаимодействует с магнитным материалом и электрическим током.	Само электромагнитное поле создается за счет взаимодействия электрического и магнитного полей. Они также взаимодействуют с электрическими зарядами и током в пространстве. А также электромагнитные поля могут взаимодействовать с магнитным материалом, но их влияние довольно слабое.
Сила поля	Сила магнитного поля обусловлена внешним током, проходящим через материал, а не внутренним свойством материала. Сила магнитного поля также известна как плотность магнитного потока, которая соответствует силовым линиям магнитного поля, входящим и выходящим из области.	Сила электромагнитного поля зависит от величины электрического тока и напряжения. Чем больше напряжение, тем больше будет напряженность электромагнитного поля.
Применение	Магнитные поля широко используются в магнитной левитации и компасы для определения направления является одним из основных приложений магнитного поля.	Электромагнитные поля широко используются для записи данных статического электричества, а старые телевизоры отслеживают электромагнитное поле.

Сравнительная таблица магнитного поля и электромагнитного поля Магнитное поле и электромагнитное поле

Подробнее о Магнитное поле и электрическое поле: подробные объяснения

Нужно знать факты

В электромагнитном поле сила, создаваемая электрическим полем , намного больше, чем сила, создаваемая магнитным полем.
Согласно классической теории, электромагнитные поля связаны с непрерывным переносом энергии между двумя точками, образующими волнообразный узор.

Волнообразная структура электромагнитного поля Изображение предоставлено: Pixabay

Непрерывную структуру электромагнитных полей трудно получить на высокой частоте.

Согласно квантовой механике, дискретная структура энергетических состояний квантов в электромагнитном поле определяется выражением; Е=ВЧ; где h — постоянная Планка, а f — частота волны. Это описывает, что передача энергии осуществляется квантами с фиксированной частотой.
Генерация энергии в электромагнитном поле происходит за счет движения заряженных частиц.
Магнитные поля имеют тенденцию воздействовать на ряд немагнитных материалов, нарушая движение внешних атомных электронов материала.
В электромагнитном поле магнитные поля подразделяются на два относительных векторных поля, называемых B и H поле. Поле H представляет собой магнитную силу, измеренную с использованием единицы СИ ампер/метр, это международная система понятий. Тогда как поле B представляет собой плотность магнитного потока, измеренную с использованием тесла.
Поля B и H отличаются друг от друга в зависимости от намагниченности. В вакууме связь между полями B и H определяется выражением; B=Hμ ₀ ; где μ ₀ — проницаемость вакуума.

Изображение предоставлено: Wikimedia commons

Генерация магнитного поля обусловлена не только движущимися зарядами, но и собственным магнитным моментом элементарных частиц и их спином.
Вращающиеся магнитные поля используются в электрогенераторах и двигателях. Взаимодействие магнитного поля с электрическими устройствами дает понятие магнитных цепей.
В статическом ЭМ поле (электромагнитное поле, не меняющееся во времени) наблюдатель может наблюдать только электрическое или магнитное поле, потому что в стационарном электромагнитном поле электромагнитное поле затмевает магнитное поле или наоборот.

Часто задаваемые вопросы

Какие факторы влияют на электромагнитное поле?

Существует несколько факторов, влияющих на распространение электромагнитного поля; их

Количество петель
Ток
Сечение провода
Железный сердечник

Почему электрическое поле сильнее магнитного?

Взаимодействие зарядов в электромагнитном поле с электрическим и магнитным полем описывает напряженность обоих полей.

В электромагнитном поле существование магнитного поля зависит от скорости зарядов. Даже если заряд тормозит свое движение, электрическое поле все равно существует. Таким образом, при скорости v=0 электрическое поле останется прежним. Это делает электрическое поле более сильным.

Может ли магнитное поле индуцировать электрический ток?

Магнитные поля используются для генерации электрического тока.

Когда катушку, состоящую из проводов, заставляют двигаться вокруг меняющегося магнитного поля, электроны стремятся втиснуться в провод. Ток индуцируется в проводящей петле.

Можем ли мы увеличить силу электромагнитного поля?

Да, силу магнитного поля можно регулировать вручную. Силу магнитного поля можно увеличить следующими факторами

Увеличение числа витков катушки
Увеличение тока, проходящего через материал
Размещение железного сердечника рядом с катушкой

В чем основное различие между электрическим и магнитным полем?

Хотя электрическое и магнитное поля вместе образуют электромагнитное поле из-за изменений, между ними есть некоторые существенные различия.

Электрическое поле может существовать, если заряд движется или находится в стационарном состоянии, тогда как магнитного поля не будет, если заряд находится в стационарном состоянии. А также магнитное поле имеет возможность образования замкнутого контура, а электрическое — нет.

Возможно ли иметь магнитное поле без электрического поля?

Нет, вообще мы не можем получить магнитное поле без электрического поля.

Генерация магнитного поля связана с движением зарядов. Поскольку заряд всегда несет электрическое поле, даже когда он движется, то трудно получить только магнитное поле.

Нажмите, чтобы узнать о магнитном поле и магнитной индукции: подробные пояснения.

4.3: Магнитное поле — Физика LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы
21530

Том Вайдеман
Калифорнийский университет, Дэвис

Поле магнитного диполя

До сих пор мы не говорили об источниках магнитных полей, но даже в нашем обсуждении магнитных сил мы не упомянули о магнитных зарядах, которые ведут себя в магнитных полях так же, как ведут себя электрические заряды. в электрических полях – с силами, действующими вдоль силовых линий, а не перпендикулярно им. Например, у нас нет эквивалента закона Кулона для двух точечных магнитных зарядов. Давайте рассмотрим эту возможность здесь…

У каждого есть хотя бы небольшой опыт работы с магнитами – маленькими металлическими дисками, которые мы прикрепляем к холодильникам, чтобы хранить бумаги, которые нам нужно помнить. Из нашего опыта мы знаем, что если мы соединим два магнита определенным образом, они прилипнут друг к другу, а если мы повернем один из них, они оттолкнутся. Таким образом, они явно имеют направленность к ним. Ближайшая аналогия в электричестве — диполь. Действительно, если мы поставим два диполя встык в одну сторону, они будут притягиваться, а если повернуть один из них, то они будут отталкиваться.

Рисунок 4.3.1а – Притяжение совмещенных электрических диполей 0002 Рисунок 4.3.1b – Отталкивание противонаправленных электрических диполей

Притяжение и отталкивание возникают из-за того, что существует поле, создаваемое одним диполем, направленным наружу от положительного заряда, и поле становится слабее с расстоянием, поэтому другой диполь будет ощущать результирующую силу в соответствии с любым из двух зарядов. ближе к диполю, создающему поле. В магнетизме мы называем конец магнита, из которого выходят направленные наружу силовые линии, 9-м полюсом.0291 северный полюс , а конец, в котором сходятся линии поля южный полюс . Из приведенных выше рисунков видно, что диполи всякий раз, когда сходятся одинаковые полюса, и притягиваются, когда сближаются противоположные полюса.

Итак, это выглядит как разумное объяснение того, как работают магниты, поэтому, если мы хотим изолировать два отдельных магнитных заряда («северный заряд» и «южный заряд»), все, что нам нужно сделать, это разрезать магнит. пополам, да?

Рисунок 4.3.2а – Выделение магнитных зарядов из магнита – Попытка как мы могли бы, этого никогда не бывает . Вместо этого каждый раз, когда мы разрезаем магнит с двумя полюсами на две части, мы получаем еще два магнита с двумя полюсами!

Рисунок 4.3.2b – Изоляция магнитных зарядов от магнита – что происходит на самом деле

Если мы внимательно изучим силовые линии стержневого магнита и сравним их с полем электрического диполя, мы увидим, насколько принципиально различаются эти два поля. Для электрического диполя поле меняет направление между двумя полюсами, в то время как для магнитного случая силовые линии продолжаются прямо:

0002

Вне диполей поля выглядят одинаково, но они явно отличаются, что можно охарактеризовать следующим образом: и заканчиваются электрическими зарядами.

Иными словами, в отличие от электрических полей, которые формируют свои дипольные поля из двух монополей , магнитных монополей не существует. Или, по крайней мере, нам так и не удалось обнаружить магнитный монополь, несмотря на многие десятилетия экспериментальных поисков их. Оказывается, электромагнитная теория не исключает возможности существования этих точечных зарядов магнетизма, но в конечном счете наши теории должны согласовываться с тем, что мы наблюдаем в экспериментах, поэтому, по крайней мере, на данный момент (и на время этого класса ), мы будем настаивать на том, что их просто не существует.

Закон Гаусса для магнетизма

Открытие того, что наша теория магнетизма не включает индивидуальные магнитные заряды, имеет непосредственное следствие для магнитного эквивалента закона Гаусса. Поскольку силовые линии магнитного поля всегда образуют замкнутые петли, любая силовая линия, пронизывающая гауссову поверхность и идущая в одном направлении (скажем, входящая в объем, ограниченный поверхностью), должна позже выйти из этой замкнутой поверхности позже, чтобы сформировать замкнутую петлю. Если для каждой входящей в нее линии поля существует линия поля, выходящая из поверхности, то суммарный поток обязательно должен быть всегда равен нулю. Конечно, по закону Гаусса это означает, что внутри никогда не может быть заряда, и это имеет смысл, учитывая отсутствие магнитного заряда!

Математически мы выражаем этот закон Гаусса для магнетизма либо в интегральной, либо в локальной форме:

\[\oint \overrightarrow B\cdot d\overrightarrow A = 0\;,\;\;\;\;\; \overrightarrow \nabla \cdot \overrightarrow B = 0\]

Поле движущегося точечного заряда

Когда мы впервые начали обсуждать магнетизм, мы заметили силу между двумя проводниками с током. Отсюда мы сосредоточились на том факте, что магнитное поле воздействует только на 90 291 движущихся 90 292 электрических зарядов, но в равной степени должно быть ясно, что источником магнитного поля также должны быть движущиеся электрические заряды. Кто-то может возразить, что мы только что сказали, что магнитные поля не имеют точечных источников, так какая же разница, если мы настаиваем на том, что точечный источник движется? Мы увидим, что в этом вся разница, потому что это приводит к полю, которое не направлено прямо к заряду или от него — направление поля определяется направлением вектора скорости.

Несмотря на то, что магнитное поле отличается от электрического поля, все же существует так много поразительного сходства, что полезно описать особенности магнитного поля от движущегося точечного заряда параллельно с кулоновским электрическим полем. Этот магнитный аналог кулоновского поля называется закон Био и Савара .

В кулоновском случае мы начали с того факта, что напряженность поля пропорциональна величине заряда, испускающего поле. В магнитном случае напряженность поля также пропорциональна величине заряда, но поскольку заряд тоже должен двигаться, получается, что напряженность поля также пропорциональна скорости заряда . Это согласуется с наблюдением, что магнитное поле отсутствует, если заряд неподвижен.
Далее мы рассмотрим, как сила поля ослабевает по мере удаления от источника. В этом случае оба поля ведут себя одинаково – по закону обратных квадратов.
Направление — это то, где эти два поля больше всего отличаются. В кулоновском случае поле направлено прямо к точечному заряду или от него. Иными словами, если заряд источника находится в начале координат, то электрическое поле в точке пространства, описываемой вектором положения \(\overrightarrow r\), указывает в направлении, параллельном этому вектору положения. Магнитное поле, в отличие от точек перпендикулярно этому вектору положения. Однако это не сужает направление, поскольку существует целая плоскость, перпендикулярная этому вектору. Именно здесь появляется направление вектора скорости — магнитное поле также перпендикулярно направлению, определяемому вектором скорости. Мы уже знаем способ выражения вектора, который перпендикулярен двум другим векторам одновременно — он должен быть параллелен векторному произведению этих двух векторов.

Объединив все эти функции и включив физические константы для корректной работы единиц измерения, мы получим следующую сводку: 9{-7} \frac{T\cdot m}{A}\)

Да, это ровно \(4\pi\) в этой константе. Единица Теслы была построена так, чтобы выдаваться за Ньютоны, что объясняет, почему \(4\pi\) сокращаются в законе Био-Савара. Можно задаться вопросом, зачем вообще вводить константу таким образом, и ответ на этот вопрос станет ясен позже. Прямо сейчас краткий ответ заключается в том, что это будет очень близко к той роли, которую \(\epsilon_o\) играет в электричестве.

Хотя из окончательной формы уравнения для магнитного поля это не очевидно, результирующее поле представляет собой окружность с центром на линии, проходящей через заряд вдоль направления движения:

Рисунок 4. 3.4 – Магнитное поле движущегося точечного заряда (которое дает направление магнитного поля в определенной точке пространства), мы можем получить более широкое представление о силовых линиях магнитного поля, используя другое правило правой руки: направьте большой палец правой руки в направлении движения заряда, а направление магнитного поля повсюду в пространстве образует замкнутые круги вокруг линии движения в том направлении, в котором загибаются пальцы.

Рисунок 4.3.5 – Правило правой руки для магнитного поля

Поле провода с током поле создано проводом с током, чем точечным зарядом. К счастью, мы уже знаем, как преобразовать движущиеся точечные заряды в элементы тока:

\[I\;\overrightarrow {dl} \leftrightarrow dq \;\overrightarrow v\]

Таким образом, мы получаем это для линии тока из закон Био и Савара: 93} \]

Теперь мы можем использовать этот результат, чтобы продолжить создание нашего «инструментария» повторно используемых решений из обычных физических источников.