Чем магнитное поле отличается от электрического: Почему всё вокруг такое, какое оно есть?

Почему всё вокруг такое, какое оно есть?

Почему всё вокруг такое, какое оно есть?

Беллур Сиварамия Чандрасекар

Продолжение. См. № 2, 4, 6/05

 3. Электрические и магнитные поля (продолжение)

Представим теперь некоторый объём пространства, в котором нет вещества, но в каждой точке заданы электрическое и магнитное поля. Для начала предположим, что эти поля не зависят от времени, хотя могут принимать разные значения в разных точках пространства внутри выделенного объёма. Эти поля порождены некоторым распределением зарядов, токов и постоянных магнитов, которые находятся вне выделенного объёма. Нам не нужно ничего знать об этих распределениях, важно только, что они существуют.

Рассмотрим поля внутри объёма. Предположим, что с зарядами, создающими электрическое поле, что-то случилось и они начали двигаться, так что электрическое поле начало изменяться со временем.

Мы обнаруживаем новое явление: изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле, не имеющее никакого отношения к полю, созданному постоянными магнитами или проводами с током вне объёма. Возникшее магнитное поле связано только с изменяющимся электрическим полем. Аналогичную картину мы видим и в том случае, если поля меняются ролями: изменяющееся (например, за счёт изменения со временем тока в проводах) магнитное поле порождает электрическое поле. Мы видим определённую симметрию между электрическим и магнитным полями. Изменение со временем одного из них порождает другое. Точные законы, управляющие поведением полей, были записаны в математической форме Джеймсом Клерком Максвеллом. Альберт Эйнштейн доказал, что симметрия между двумя полями вытекает из теории относительности.

Простой способ породить переменное во времени магнитное поле – это заставить ток в проводе непрерывно менять свое направление, меняться с частотой  f  раз в секунду. Это означает, что ток достигает максимума, уменьшается до нуля, меняет направление, вновь достигает максимума и уменьшается до нуля, и так f раз за секунду. Ток совершает так называемые гармонические колебания. Следовательно, магнитное поле в каждой точке будет также совершать гармонические голебания. Согласно Максвеллу, осциллирующее магнитное поле будет порождать осциллирующее электрическое поле и т.д. Колебания каждого поля вызывают колебания другого. Эти колебания распространяются наружу от провода со скоростью, которая определяется соотношением между двумя колеблющимися полями в пустом пространстве (и являющейся, таким образом, свойством пустого пространства). Эта скорость равна скорости света. Только что описанный эксперимент является, по существу, способом генерации радиоволн. Мы понимаем теперь, почему эти волны называются электромагнитными: колеблющимися объектами являются электрическое и магнитное поля.

Показанный на рис. 9-1 спектр образован электромагнитными волнами, распространяющимися в пустом пространстве со скоростью 3.108 м/с и отличающимися друг от друга только частотой или соответствующей длиной волны.

На рис. 9-5 показан мгновенный снимок участка электромагнитной волны. С этой волной связаны три важных направления: направление распространения волны (показанное вектором

k) и два направления, вдоль которых направлены в пространстве электрическое и магнитное поля Е и В. Эти три направления взаимно перпендикулярны. Такая волна отличается от волн, которые мы можем наблюдать в окружающем нас мире, например, от волн на воде. Поэтому опишем подробнее смысл рисунка. Конкретно, предположим, что рисунок описывает распространение волны синего света, длина волны которой равна 4. 10–5 cм.

Рис. 9-5. Электромагнитная волна синего света, распространяющаяся в направлении волнового вектора k. Во врезке показаны взаимно перпендикулярные направления трёх векторов – k,

E, B

С течением времени волна распространяется в направлении вектора k со скоростью света. Рассмотрим точку Р, мимо которой она проходит. Эта волна состоит из колеблющихся электрического и магнитного полей, и, чтобы почувствовать их, нужно поместить в точку Р подходящее пробное тело. Чтобы увидеть, что происходит с электрическим полем, представим, что в точку Р помещён электрон. Он чувствует колеблющееся электрическое поле пролетающей мимо волны. На него действует сила, которая достигает максимума в тот момент, когда точку Р проходит горб волны (точка С на рисунке). Затем сила уменьшается до нуля и достигает максимума в противоположном направлении, когда точку Р проходит точка D волны, и т.д. Таким образом, электрон испытывает воздействие осциллирующей силы, которая колеблется с частотой 

f  волны. У электрона имеется магнитный момент, поэтому он взаимодействует также и с магнитным полем волны. Следовательно, на электрон действует сила, стремящаяся развернуть его вдоль магнитного поля и колеблющаяся с той же частотой  f.

Из рис. 9-5 видно, что осциллирующее электрическое поле всё время находится в фиксированной плоскости. Это же верно и для магнитного поля с той разницей, что плоскость, в которой колеблется магнитное поле, перпендикулярна плоскости, в которой колеблется электрическое поле. Это верно для всех электромагнитных волн. Если посмотреть на пучок волн, образующих световой луч от Солнца или от лампы, то обнаруживается, что эти две взаимно перпендикулярные плоскости ориентированы в разных волнах по-разному.

Совокупность направлений, например, электрического поля в пучке волн напоминает направленные во все стороны иголки ежа. Такой свет называется неполяризованным. Если пропустить свет через определённые вещества, называемые поляризаторами, то можно отфильтровать все волны за исключением тех, у которых электрическое поле (и соответственно магнитное поле) расположено в одной-единственной плоскости. Получившийся свет называют поляризованным. То вещество, которое часто используют в солнечных очках, состоит из слоёв параллельно расположенных длинных молекул. Электронная структура этих молекул такова, что они поглощают волны, электрическое поле которых параллельно направлению вытянутости молекул, и пропускают волны, у которых электрическое поле перпендикулярно этому направлению. Солнечный свет, доходящий до нас, подвергается по пути рассеянию на молекулах атмосферы, в результате чего он частично поляризуется.
Вы можете проверить это, посмотрев на небо сквозь поляризующие солнечные очки и заметив изменение яркости при повороте очков.

Представив электромагнитные волны как совокупность взаимосвязанных колеблющихся электрического и магнитного полей, мы достигли значительного упрощения. Конечно, чтобы волна возникла, нужен определённый источник – лампочка для видимого света, радиоактивное ядро для гамма-излучения и т.п. Нам теперь не нужно думать о сложных процессах, происходящих в источнике и приводящих к образованию волн, чтобы понять, что происходит при падении волны на твёрдое тело. Тем не менее мы коротко коснёмся в следующем разделе двух способов генерации электромагнитных волн веществом, т.е. обсудим, как волна покидает источник.

4. Генерация света

Все неоднократно видели неоновые трубки, испускающие красный свет и использующиеся в рекламных щитах. В такой трубке содержится газ неон, и она устроена так, что при приложении напряжения между её концами через трубку начинает идти ток электронов. Эти электроны сталкиваются с атомами неона и передают им часть своей кинетической энергии. В результате атомы неона переходят в более высокое квантовое энергетическое состояние. Затем атомы сбрасывают лишнюю энергию, испуская фотон и возвращаясь в исходное невозбуждённое состояние, после чего процесс повторяется. Таким образом, фотоны могут иметь только те энергии (и соответствующие частоты), которые являются разностями энергий возбуждённых энергетических состояний атома и основного состояния. В случае неона большинство фотонов излучаются в результате перехода из состояния, энергия которого отличается от энергии основного состояния неона на величину, соответствующую энергии фотонов красного света. В других газах доминируют фотоны других цветов.

Характерным свойством подобного света является то, что он состоит из волн определённых частот, фиксированных квантовыми уровнями атомов.

Но свет излучается и сильно нагретым телом. Примерами могут служить лампа накаливания, в которой тонкая вольфрамовая нить раскаляется в результате прохождения по ней тока, или поверхность Солнца, температура которой поддерживается происходящими внутри термоядерными процессами. Если пропустить такой свет через стеклянную призму, по-разному отклоняющую свет разных частот, получится непрерывное распределение цветов от фиолетового до красного. С помощью соответствующих приборов можно установить, что свет содержит также компоненты с частотами, невидимыми человеческим глазом, – инфракрасные (частоты ниже, чем у красного света) и ультрафиолетовые (частоты выше, чем у фиолетового света). На самом деле в свете лампочки или Солнца содержится полный спектр электромагнитных волн, хотя большинство фотонов солнечного света принадлежат интервалу видимого света, а чем дальше от этого интервала, тем число фотонов соответствующих частот становится меньше.

Откуда же возникает такой непрерывный спектр частот? Мы знаем, что тепловая энергия тела – это энергия движения составляющих тело частиц (атомов, ядер и т.п.). Энергии отдельных частиц меняются от нуля до очень больших значений, а распределение частиц по разным интервалам энергии зависит от температуры тела. Всё это обсуждалось в гл. 6. Именно это очень сложное тепловое движение электрических зарядов, конкретно электронов и ядер, порождает непрерывный спектр электромагнитного излучения, которое называется поэтому тепловым излучением. Мы знаем, что если температура тела равна Т  кельвинов, то средняя энергия теплового движения, приходящаяся на одну частицу, составляет около kT, где k – постоянная Больцмана. Будем называть эту величину тепловой энергией, приходящейся на одну частицу. Если выразить энергию фотонов в долях тепловой энергии, приходящейся на одну частицу, и построить распределение фотонов теплового излучения в разных диапазонах энергии, то получится картина, показанная на рис. 9-6. Форма этого распределения обусловлена тем, что фотоны являются бозонами, и остаётся неизменной при любой температуре тела, будь то 3000 К у лампочки накаливания, 6000 К у поверхности Солнца и т.д. Как видно, наибольшее число фотонов имеют энергии, примерно в три раза большие тепловой энергии. Так как частота фотонов пропорциональна их энергии, это означает, например, что наибольшее число фотонов солнечного света приходится на частоту, вдвое большую, чем частота света от электрической лампочки. Если подставить реальные цифры, то получится, что большинство фотонов от Солнца относятся к красной части спектра (длина волны примерно равна 8.10–5 см), а большинство фотонов света электрической лампочки относятся к инфракрасной части спектра (1,6.10–4 см).

Рис. 9-6. Распределение энергии теплового излучения, показывающее относительное число фотонов в разных интервалах энергии при любой температуре Т. На горизонтальной оси отложено отношение энергии фотона к тепловой энергии kT. Несмотря на то, что при любой температуре нагретого тела тепловое излучение содержит фотоны всех частот, большинство из них попадает в интервал энергий в окрестности значения 3kT. Для Солнца, температура поверхности которого равна 6000 К, этот интервал соответствует красной и инфракрасной частям видимого света

Вопрос. Читая этот текст, вы, как и окружающие вас тела, также испускаете непрерывный спектр электромагнитного излучения. Чему равна частота большинства фотонов этого света по сравнению с частотой большинства фотонов света электрической лампочки?

Ответ. Температура окружающей вас среды равна примерно 20 °С, т. е. 297 К, что составляет примерно одну десятую часть температуры нити накаливания в лампочке. Поэтому большинство фотонов теплового излучения окружающей среды имеют энергию, равную одной десятой энергии фотонов от лампочки. Излучение с такой энергией принадлежит далёкой части спектра инфракрасного излучения. Именно это излучение фиксируется приборами ночного видения.

Как видно из рис. 9-6, чем ниже температура, тем меньше интервал энергий фотонов, в котором обнаруживается большая часть всех фотонов. Вселенная заполнена электромагнитным излучением, соответствующим температуре примерно 3 К. Это означает, что большая часть фотонов этого излучения имеет длину волны порядка 1 мм. Это излучение есть остаток Большого взрыва, породившего 10 млрд лет тому назад нашу Вселенную.

5. Поглощение света

Все твёрдые тела состоят из частиц – электронов и ядер, – обладающих двумя свойствами, которые позволяют им испытывать влияние электрических и магнитных полей в электромагнитной волне: эти частицы заряжены и являются постоянными магнитами. Кроме того, согласно законам квантовой механики, энергии электронов описываются с помощью понятия энергетических зон, а энергия электромагнитных волн квантована и равна сумме энергий фотонов. Используя эту информацию, попробуем ответить на некоторые вопросы, например, почему стекло прозрачно для света, а алюминивая фольга непрозрачна, или почему медь красная, а сапфир синий.

В этом разделе сосредоточимся на рассмотрении тех эффектов, которые возникают при воздействии электрического поля световой волны на образующие кусок вещества атомы. Электрическое поле действует на электрические заряды, а именно, на электроны и ядра, входящие в состав атомов. Поле, действующее на отдельный атом, сдвигает ядро (положительный заряд) в одном направлении, а окружающие ядро электроны (отрицательный заряд) – в противоположном направлении. Это относительное смещение двух зарядов прекращается в тот момент, когда сила, действующая со стороны электрического поля, уравновешивается силами притяжения между ядрами и электронными облаками в атомах. Мы ещё вернёмся к этому эффекту.

Свет, помимо прочего, является потоком фотонов, квантов энергии. Фотон может быть поглощён электроном. В результате энергия электрона увеличивается на величину, равную энергии поглощённого фотона. Чтобы такое поглощение стало возможным, должно существовать незанятое состояние с большей энергией, куда электрон мог бы перейти. Если такого состояния нет, фотон не может поглотиться и будет продолжать своё движение. Вот мы и подошли к объяснению того, почему отдельные тела прозрачны для света, а другие – нет.

Как пример прозрачного вещества рассмотрим стекло. Оно является диэлектриком, и мы качественно представляем себе, как выглядит электронная структура стекла, если использовать понятие энергетических зон. На рис. 9-7 показаны две энергетические зоны, достаточные для объяснения явления. Нижняя зона заполнена: каждое квантовое состояние занято электроном. Над этой зоной находится отделённая энергетической щелью (зоной запрещённых энергий) пустая зона, в которой нет электронов. Расстояния по вертикали на рисунке соответствуют значениям энергий. Начальный фотон с энергией, соответствующей длине отрезка АВ, которая меньше, чем величина энергетической щели, не может быть поглощён ни одним из электронов в заполненной зоне, т.к. конечное состояние электрона должно находиться либо в заполненной зоне, где все места заняты, либо попадает в щель, где вообще не может быть никаких квантовых состояний электронов. Поэтому такой фотон будет проходить сквозь вещество. Пусть теперь фотоны имеют энергию большую, чем ширина энергетической щели, например, CD. Тогда электрон в нижней зоне может поглотить фотон и перейти в незанятое состояние в верхней зоне.

Рис. 9-7. Энергетические зоны электронов в прозрачном веществе типа стекла. Фотоны с энергиями АВ (величине энергии соответствует длина отрезка АВ), меньшими ширины щели между занятой и незаполненной зонами, не могут поглотиться электронами, т.к. нет таких конечных состояний, в которое те могли бы перейти. Такие фотоны проходят сквозь вещество. Если же энергии фотонов превышают ширину щели (CD на рисунке), то такие фотоны поглощаются веществом

Теперь можно понять, почему стекло прозрачно для видимого света. Зонная структура стекла такова, что у фотонов видимого света не хватает энергии, чтобы перебросить электроны из нижней зоны в верхнюю, преодолев щель. Поэтому фотоны видимого света проходят сквозь стекло без поглощения. Но фотоны ультрафиолетового света имеют более высокую частоту, следовательно, большую энергию, которой оказывается достаточно, чтобы вырвать электроны из заполненной зоны и перебросить их в незанятую зону. Поэтому такой свет будет поглощаться стеклом. На рис. 9-7 отрезку АВ соответствует фотон видимого света, а отрезку CD – ультрафиолетового. В кварце энергетическая щель шире, чем у обычного стекла, поэтому фотоны не только видимого, но и ультрафиолетового света не обладают достаточной энергией, чтобы электроны в заполненной зоне могли их поглотить и перейти в верхнюю пустую зону. В этом причина того, что ультрафиолетовые лампы делаются не из обычного стекла, а из кварца.

Суммируя, можно утверждать, что свет может поглотиться электронами в веществе, если они способны перейти в состояния, энергия которых больше начальной энергии на величину, равную энергии фотона. Если в зонной структуре данного вещества таких состояний нет, фотоны беспрепятственно проходят сквозь вещество, оно прозрачно для света данного цвета. Подобная картина объясняет также, почему вещество может быть прозрачным для волн одной части электромагнитного спектра и непрозрачным для другой части.

Рассмотрим теперь случай света, падающего на поверхность металла. Мы знаем, что металл хорошо проводит электрический ток, т.к. внешние электроны каждого атома свободно путешествуют по всему металлу. На рис. 9-8 показан пучок света, отражающийся от поверхности металла. Ближайшие к поверхности электроны испытывают действие силы со стороны колеблющегося электрического поля световой волны и начинают сами колебаться с той же частотой, что и свет. Один из этих электронов, помеченный цифрой 1, показан на рисунке. Такой колеблющийся слой электронов отбирает энергию у световой волны, поэтому она ослабляется и заставляет колебаться следующий слой электронов (помеченный цифрой 2) с меньшей частотой и т.д., до тех пор, пока на определённой глубине от поверхности колебания поля в световой волне и соответствующие колебания электронов не затухнут. В большинстве металлов эта глубина очень мала и составляет величину порядка 10–6см. Теперь понятно, почему даже очень тонкий слой металла не пропускает свет.

Рис. 9-8. Поглощение и отражение света от металла. Осциллирующее электрическое поле световой волны заставляет колебаться электроны проводимости (показаны четыре электрона, причём два первых пронумерованы). Амплитуды колебаний электронов показаны стрелками. Эти стрелки уменьшаются при продвижении в глубь металла, что соответствует затуханию колебаний. Таким образом, электрон частично поглощает энергию падающего фотона, а частично переизлучает её в окружающее пространство

Вы можете задать вопрос: откуда же берётся свет, отражённый от поверхности металла, т. к. создаётся впечатление, что вся энергия падающего фотона переходит в энергию колебаний электронов? Однако вспомним, что электромагнитные волны порождаются колеблющимися зарядами. Электроны на поверхности металла колеблются с той же частотой, что и падающий свет. Именно эти осцилляции и порождают электромагнитные волны той же частоты, что и падающая волна, вот они-то и образуют отражённый свет.

Сокр. пер. с англ. А.В.Беркова

Продолжение в № 10

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

Популярное

Сообщества

Физика

  ·

45,2 K

ОтветитьУточнить

Алексей Ломазин

Математика

93

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.

Комментировать ответ…Комментировать…

борис калеганов

8

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

Комментировать ответ…Комментировать…

Саид Насреддинов

383

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

Комментировать ответ…Комментировать…

Ник.Ст-ич

-35

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

Комментировать ответ…Комментировать…

Андрей Б.

33

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

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

Как магнитное поле просто электрическое поле с применением теории относительности?

Категория: Физика      Опубликовано: 18 февраля 2016 г.

Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд

Это заблуждение. Магнитное поле — это не просто электрическое поле с применением теории относительности, то есть электрическое поле, рассматриваемое из неправильной системы отсчета. В действительности магнитное поле — это фундаментальное поле, которое может существовать в определенной системе отсчета, не нуждаясь в помощи электрического поля. В более общем смысле, как электрические, так и магнитные поля являются частью одной фундаментальной единой сущности: электромагнитного поля.

Электрические и магнитные поля подчиняются набору физических законов, называемых уравнениями Максвелла. Теория специальной теории относительности Эйнштейна описывает, как пространство и время изменяются в зависимости от выбора инерциальной системы отсчета. Оказывается, специальная теория относительности автоматически содержится в уравнениях Максвелла. На самом деле Эйнштейн открыл специальную теорию относительности, внимательно изучив и поняв уравнения Максвелла. Следовательно, используя уравнения Максвелла в релятивистской форме, мы можем выяснить, как математически преобразовать электрические и магнитные поля из одной системы отсчета в другую. Другими словами, если я измеряю и наношу на карту электрические и магнитные поля в комнате, пока я стою неподвижно на земле, то, применяя преобразования релятивистской системы отсчета к этим выражениям поля, я знаю, как поля будут выглядеть для наблюдателя, который катается по комнате на роликовых коньках. Экспериментально подтверждено правильность этих электромагнитных релятивистских уравнений преобразования системы отсчета.

Если вы начнете с системы отсчета, в которой есть только электрическое поле и нет магнитного поля, то, сделав релятивистское преобразование к новой системе отсчета, вы обнаружите, что присутствуют как электрическое поле, так и магнитное поле, как это наблюдается в этот новый кадр. Этот факт, кажется, подразумевает, что магнитное поле — это только электрическое поле, если смотреть из неправильной системы отсчета. Другими словами, этот факт, по-видимому, подразумевает, что магнитное поле на самом деле является просто нефундаментальной релятивистской версией электрического поля. Однако более внимательное изучение полей показывает, что этот вывод неверен.

Во-первых, специальная теория относительности учит нас тому, что все инерциальные системы отсчета одинаково действительны и одинаково фундаментальны. Если два шарика катятся мимо друг друга, то с точки зрения красного шарика красный шарик неподвижен, а синий шарик движется. С точки зрения синего шарика, синий шарик неподвижен, а красный шарик движется. Обе точки зрения одинаково правильны и одинаково фундаментальны. Тот факт, что два шарика видят ситуацию по-разному, не означает, что существует парадокс, что физика нарушена или что одна точка зрения в конечном счете более верна, чем другая. Это просто означает, что ситуация измеряется в двух разных системах отсчета. Во Вселенной нет «неправильных» систем отсчета или менее фундаментальных систем отсчета. Следовательно, магнитное поле не может быть только электрическое поле, наблюдаемое из неправильной системы отсчета, потому что неправильных систем отсчета не существует. Поскольку существует инерциальная система отсчета, в которой магнитное поле существует без присутствия электрического поля, и поскольку каждая инерциальная система отсчета реальна и фундаментальна, это означает, что магнитное поле является реальным, фундаментальным и не обязательно вызвано электрическим полем. поле.

Во-вторых, используя уравнения преобразования электромагнитной релятивистской системы отсчета, вы можете показать, что нет способа начать с чисто электрического поля (отсутствует магнитное поле) и преобразовать его в систему отсчета, где есть чисто магнитное поле (отсутствует электрическое поле). ). Это означает, что если бы магнитное поле было только электрическим полем, если смотреть из неправильной системы отсчета, то чисто магнитных полей не существовало бы. Однако существуют чисто магнитные поля. Следовательно, магнитные поля — это больше, чем просто релятивистские электрические поля.

Правильное утверждение состоит в том, что электрические и магнитные поля фундаментальны, оба реальны и оба являются частью одной единой сущности: электромагнитного поля. В зависимости от того, в какой системе отсчета вы находитесь, конкретное электромагнитное поле будет выглядеть более электрическим и менее магнитным или более магнитным и менее электрическим. Однако это не меняет того факта, что они оба фундаментальны и оба являются частью одного и того же единого целого. Чисто электрическое поле, рассматриваемое в одной инерциальной системе отсчета, является частично электрическим и частично магнитным во всех других системах отсчета. Точно так же чисто магнитное поле, рассматриваемое в одной инерциальной системе отсчета, является частично электрическим и частично магнитным во всех других системах отсчета. Магнитное поле — это не просто релятивистская версия электрического поля, а электрическое поле — это не просто релятивистская версия магнитного поля. Скорее, единое электромагнитное поле является изначально и самосогласованно релятивистским.

Обратите внимание, что ради обсуждения я проигнорировал квантовые эффекты. Наиболее точным описанием электромагнитных полей в настоящее время являются не исходные уравнения Максвелла, а квантовая форма уравнений Максвелла, которая называется квантовой электродинамикой. Однако, поскольку квантовая электродинамика просто расширяет уравнения Максвелла, а не заменяет их, все концепции в этой статье остаются в силе.

Также обратите внимание, что в этой статье я часто использовал слово «инерционный». Это означает, что мы рассматриваем только системы отсчета, которые имеют плоское пространство-время, то есть системы отсчета, которые не ускоряются и не имеют большой гравитации. Чтобы описать неинерциальные системы отсчета, вы должны использовать общую теорию относительности Эйнштейна, которая сложнее, чем специальная теория относительности. Однако, поскольку вывод тот же (электромагнитное поле едино и фундаментально), я для простоты описал эту статью в контексте инерциальных систем отсчета.

Темы: электрическое поле, электромагнетизм, магнитное, магнитное поле, магнетизм, теория относительности

Разница между электрическим полем и магнитным полем в табличной форме

Электричество и магнетизм

Разница между электрическим и магнитным полем
Разница между электрическим и магнитным полями заключается в том, что «Электрическое поле — это область вокруг заряженных частиц, это было введено Мишелем Фарадей. В то время как магнитное поле — это область или область вокруг магнита, где полюса магнита показывают силу притяжения или отталкивания. Дополнительные различия в электрическом поле и магнитном поле приведены в сравнительной таблице ниже.

Электрическое поле Vs Магнитное поле

900 113

Электрическое поле

Магнитное поле

Это область, где полюса магнитов проявляют силу притяжения или отталкивания.
Единица измерения — вольт/метр или (N/C) Единица измерения — Тесла
Его символ — «E» Его символ — «B»
Его формула: E= F/q Его формула: B= fi/A
Измерено электрометром Измерено магнитометром
Он имеет диполь
Его силовые линии исходят из положительного заряда и заканчиваются на отрицательном заряде Его силовые линии исходят из северного полюса и заканчиваются на южном полюсе
Линии электрического поля не образуют замкнутых петля Линии магнитного поля образуют закрытую петлю
. Он существует в 2 измерениях Он остается в 3 размерах
Электрическое поле может выполнять работу Магнитное поле не может выполнить работу
.

Что такое электрическое поле?

Закон Кулона для силы между зарядами побуждает нас думать с точки зрения действия на расстоянии, представленного как заряд ↔ заряд.
Снова вводя поле как посредника между зарядами, мы можем представить взаимодействие как:
заряд ↔  поле ↔ заряд
Следовательно, первый заряд создает электрическое поле, а второй заряд взаимодействует с электрическим полем первого заряда. Таким образом, наша задача определения взаимодействия между зарядами сводится к двум отдельным задачам:
1 : определить путем измерения или расчета электрическое поле, создаваемое первым зарядом в каждой точке пространства.
2: Рассчитайте силу, с которой поля воздействуют на второе место в конкретной точке пространства.
По аналогии с соотношением гравитационного поля   ( g =F/ ) Мы определим электрическое поле E, связанное с определенным набором зарядов, через силу, действующую на положительный пробный заряд q0 в конкретной точке:
E = F /q0
Направление вектора E совпадает с направлением F , потому что q0 — положительная скалярная величина.
Размерность электрического поля равна силе на единицу заряда.
Единица СИ: Ньютон/Кулон (N/C)
Эквивалентная единица: Вольт/метр (В/м)
В гравитационном поле g обычно выражается в единицах м/с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Copyright © 2022
Дропшиппинг в России.
Сообщество поставщиков дропшипперов и интернет предпринимателей.
Все права защищены.
ИП Калмыков Семен Алексеевич. ОГРНИП: 313695209500032.
Адрес: ООО «Борец», г. Москва, ул. Складочная 6 к.4.
E-mail: [email protected] Телефон: +7 (499) 348-21-17