Отличия электрического поля от магнитного: Электрическое и магнитное поле: в чем различия?

Содержание

Электрическое и магнитное поле: в чем различия?

Такой термин, как «поле» в нашем языке имеет общее, достаточно обширное понятие (например, картофельное или футбольное). А вот в точных науках, таких как физика и электротехника — это название применяется для того, чтобы описать определенные виды материи. Так, электромагнитная материя представляет собой две составных части: электрическую и магнитную.

С указанными формами материи непосредственно связан электрический заряд. И у этого заряда имеется характерная особенность. В неподвижном состоянии вокруг него постоянно существует электрическое поле, а как только заряд начинает осуществлять направленное движение, то появляется еще и магнитное поле. Рассмотрим характерные особенности электрического и магнитного полей по отдельности.

Два поля

  • Электрическое поле образуется вокруг каких-либо тел, или частиц, обладающих определенной величиной электрического заряда. Если происходят определенные изменения параметров магнитного поля, этот процесс сопровождается перемещением электромагнитных волн. Для наглядности на схемах такие поля изображаются в виде силовых линий (пунктиров), которые начинаются у положительно заряженных частиц и заканчиваются стрелками, касающимися отрицательно заряженных частиц. Именно заряды здесь являются основой для существования электрического поля.

В процессе проведения исследований и в целях боле эффективного практического применения данного явления, ему дано название напряженность. Оценивается по степени воздействия на единичный (с положительным знаком) заряд.

  • Магнитное поле оказывает иной вид воздействия, прежде всего – на различные электрические тела и заряды, которые находятся в движении. Магнитные моменты учитываются без определения фактической величины движения, а само поле создается в ходе прохождения тока заряженных частиц. Величина поля – это сумма магнитных моментов электронов, находящихся внутри атомов или иных частиц.

Здесь также применяется метод графического изображения при помощи силовых пунктирных линий. Но в отличие от схематического изображения электрического поля, эти линии замкнуты по контуру и не имеют определенной точки начала (равно, как и конца).

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.

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.

«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.

Подведем итог

В заключении необходимо отметить: электрическое и магнитное поля существенно отличаются друг от друга. Но это не мешает им тесно взаимодействовать, оставаясь составными частями одного целого – электромагнитного поля!

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.

РАЗНИЦА МЕЖДУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ И МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ — НАУКА

Электрическое поле против магнитного поляЭлектрическое поле и магнитное поле — это невидимые силовые линии, генерируемые такими явлениями, как земной магнетизм, грозы и использование электричества. В

Электрическое поле против магнитного поля

Электрическое поле и магнитное поле — это невидимые силовые линии, генерируемые такими явлениями, как земной магнетизм, грозы и использование электричества. Возможно иметь одно без другого, но обычно электрическое поле присутствует, когда создается магнитное поле. Электромагнетизм — это часть физики, изучающая электрические и магнитные поля.

Электрическое поле

Область, окружающая электрически заряженную частицу, называется ее электрическим полем, и это поле оказывает силу на другие заряженные частицы. Электрическое поле имеет как величину, так и направление, и поэтому является векторной величиной. Выражается в ньютонах на кулон (Н / Кл). Величина любого электрического поля в любой точке — это сила, которую оно оказывает на положительный заряд в 1 Кл в той точке, где направление силы определяет направление поля. Мы говорим, что в некоторой области вокруг движущихся заряженных частиц есть электрическое поле. Частицы, которые не имеют электрического заряда, не создают электрического поля. Если существует однородное электрическое поле, электрически заряженные частицы будут равномерно двигаться вдоль направления поля, а нейтральные частицы — нет.

Магнитное поле

Электрически заряженная и движущаяся частица не только окружает электрическое поле, но и имеет магнитное поле. Несмотря на то, что они являются отдельными объектами, они тесно связаны друг с другом. Это дало начало целой области исследований, известной как электромагнетизм. Движущиеся заряды, обладающие электрическим полем, имеют тенденцию производить электрический ток. Когда есть электрический ток, мы можем предположить, что присутствует магнитное поле. Есть два отдельных, но связанных поля, которые называются магнитным полем. Как и электрическое поле, магнитное поле также является векторной величиной. Сила, которую магнитное поле оказывает на движущиеся заряженные частицы, выражается через силу Лоренца.

Связь между электрическим и магнитным полями выражается с помощью уравнений Максвелла. Джеймс Кларк Максвелл был физиком, который разработал уравнения для объяснения электрических и магнитных полей.

Электрическое и магнитное поля колеблются под прямым углом друг к другу. Возможно наличие электрического поля без магнитного поля, например статического электричества. Точно так же можно иметь магнитное поле без электрического поля, как в случае постоянного магнита.

Резюме

• Электрические и магнитные поля изучаются в области изучения физики, известной как электромагнетизм.

• Оба являются отдельными объектами, но тесно связаны друг с другом.

• Электрическое поле — это область вокруг движущейся электрически заряженной частицы, которая также создает магнитное поле.

• Связь между электрическим и магнитным полями выражается с помощью уравнений Максвелла.

• Электрическое и магнитное поля перпендикулярны друг другу.

Чем магнитное поле отличается от электрического?

Магнитное и электрическое поля часто рассматриваются вместе, являясь, так сказать, двумя сторонами одной медали. Оба этих поля имеют много общего. Например, их обоих создают электрические заряды. На любые электрически заряженные тела действует кулоновская сила. Её ещё называют силой электростатического взаимодействия. Она прямо пропорциональна произведению модулей зарядов (знаки зарядов определяют лишь направление действия силы: притяжение или отталкивание) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими телами. В случае сфер или шаров считается квадрат расстояния из центров тел.

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.

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

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.

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.

В чем разница между электрическим и магнитным полем? [закрыто]

Электрические силы — это силы притяжения или отталкивания между «заряженными предметами», например, расческой и сухими волосами после некоторого трения. Заряженные объекты — это те, которые несут ненулевой электрический заряд Q Q , Самая легкая и, следовательно, самая легкая для перемещения заряженная частица — это электрон, поэтому избыток или дефицит электронов является наиболее типичной причиной, по которой некоторые объекты заряжены.

Магнитные силы — это силы притяжения или отталкивания между магнитами, как намагниченные кусочки железа. Количество «магнитного диполя», переносимого магнитом, полностью не зависит от его электрического заряда. Они так же независимы, как гравитационные и электростатические силы, то есть так же независимы, как масса и заряд объекта.

Веками эти две силы считались независимыми. Лишь несколько веков назад, благодаря Фарадею и другим, отношения между электрическими и магнитными силами начали раскрываться. Магниты могут создаваться катушками — электрическими зарядами, движущимися в виде петель. Они становятся неотличимыми от стержневых магнитов. Точно так же движущиеся магниты создают электрические поля.

В середине 19-го века из-за этих «взаимных влияний» между электричеством и магнетизмом постепенно была найдена единая теория. Поскольку электричество и магнетизм влияют друг на друга, нам нужно поговорить о целом — электромагнетизме или, чтобы указать, что магнетизм связан с движущимися электрическими зарядами, электродинамике (динамика в некотором смысле означает «движение» или «причины движения»).

Джеймс Клерк Максвелл написал унифицированные уравнения для электричества и магнетизма, которые продемонстрировали почти идеальную симметрию между электричеством и магнетизмом. Это два независимых «родных брата», но они влияют друг на друга, и внутренние механизмы в них аналогичны. Теория Максвелла также подразумевала, что существуют электромагнитные волны — возмущения в пространстве, где электрическое поле идет вверх и вниз, и магнитное поле, которое возбуждается электрическим полем, и наоборот. Более того, он доказал, что свет является особым примером электромагнитной волны.

В 20-м веке стало понятно, что существование другой силы следует из одной силы (например, магнетизм следует из электричества) из-за симметрии между инерционными наблюдателями, которые движутся относительно друг друга, то есть из-за симметрии Лоренца, которая лежит в основе Эйнштейна специальная теория относительности. Также было обнаружено, что электромагнитные волны можно рассматривать как совокупность фотонов и что обмен фотоном является «причиной» электрических и магнитных сил.

Таким образом, фотоны являются посланниками электромагнетизма — как электричества, так и магнетизма. Электроны являются наиболее важными носителями электрического заряда, что означает, что они являются наиболее важными частицами, которые создают электрическое и магнитное (когда электроны движутся или вращаются) поля. Эти поля возникают и влияют на другие части материи (особенно электроны) из-за «роли посланника» фотонов. Фотоны являются «единицами» электромагнитных волн.

А существует ли магнитное поле? Альтернативные версии объяснения магнитного поля

Часть I. Стационарное поле

На поставленный в заголовке вопрос любой ответит утвердительно. Иначе чем кусок железа притягивается к магниту, чем стрелка компаса поворачивается на север? Магнитное поле (МП) всесторонне изучено экспериментально, строго описано теоретически, а критерием истинности представлений о нем служит практика. МП вращает роторы электродвигателей, генерирует ток на электростанциях, служит рабочей средой в электромагнитах, трансформаторах, ускорителях заряженных частиц и многих других устройствах современной техники. Этим полем закаляют сталь, устраняют усадочные раковины при выплавке металлов, уничтожают накипь в паровых котлах и трубах теплоснабжения, а также парафиновые отложения в нефтепроводах. Магнитная обработка картофеля, семян растений, автомобильного топлива, простой воды и т.д. приводит к фантастическим результатам, не объяснимым современной наукой.

«Магнетические» явления, как и в средние века, окружены туманом таинственности и соседствуют с магическими. Этим пользуются лжеученые, мошенники и шарлатаны. Если средневековые знахари лечили магнитом порчу и сглаз, то ряд ведущих институтов страны продают магнитотерапевтические аппараты, якобы излечивающие сотни болезней самой разной природы. Астрологи «научно» подкрепляют истинность своих предсказаний воздействием космического МП планет. Не обходятся без МП и многочисленные изобретатели вечных двигателей, обещающие неограниченные потоки бесплатной и экологически чистой энергии.

Вращением магнита создают мифическое торсионное поле, которым обрабатывают настои трав, получая чудодейственные лекарства от различных болезней. Изобретены магниты, защищающие доверчивых людей от шаровых молний. Магнетизмом объясняют прилипание тарелок к человеческому телу и многие другие непонятные явления. МП мы ощущаем руками, поднося кусок железа к магниту, а его структуру можем увидеть глазами, воспользовавшись железными опилками.

Поскольку МП дано нам в ощущениях, измеряется приборами и используется на практике, оно признано особым видом материи. Ему приписали массу и энергию. Однако далеко не все то, что дано нам в ощущениях, является объективной реальностью, то есть материей. Человек обладает богатым воображением и часто чувствует то, чего нет на самом деле. Вспомним «чистую» и «нечистую» силы, леших, барабашек, снежного человека, лох-несское чудовище, НЛО.

Ведь все это кто-то видел, слышал, трогал руками, зафиксировал на фотографиях и в протоколах, а на тарелках инопланетян некоторые даже летали. Ученые тоже часто наблюдают несуществующее — квантование напряжения и температуры, холодный ядерный синтез, многие элементарные частицы, торсионное поле и т.д. Вспомним также историю с флогистоном, учение о котором было господствующим в термодинамике времен Ломоносова. Перетекание этой «огненной материи» от горячей печки хорошо ощущается поднесенной к ней рукой. Теория флогистона давала точное описание тепловых явлений и подтверждалась практикой. Несмотря на это, с развитием науки от флогистона пришлось отказаться.

При этом понимание тепловых процессов стало более строгим, глубоким и простым. А не таким ли «флогистоном» является и МП, понятие о котором досталось нам из истории? В самом деле, что это за материя, которая исчезает при переходе от неподвижной системы отсчета к движущейся вместе с зарядом? Что за поле, если оно не имеет своих материальных носителей — магнитных зарядов, монополей (даже у элементарных частиц магнетизм обусловлен круговыми токами)?

Может ли материальное МП заставить двигаться носители заряда во вторичной обмотке трансформатора, если на них непосредственно не действует, оставаясь локализованным в железном сердечнике? Возможно ли с материалистических позиций объяснить этим полем отклонение заряженной частицы, пролетающей мимо магнита, вне его МП (эффект Ааронова-Бома)? Таких вопросов, как будет показано ниже, можно задавать множество.

Классическая электродинамика Ампера-Фарадея-Максвелла не дает на них ответа. Основываясь на существовании МП, электродинамика часто противоречит логике и фундаментальным законам природы. В настоящей работе будет показано, что МП не существует в природе, оно является нашим вымыслом. Все явления и эффекты, приписываемые магнетизму, имеют чисто электрическую природу и без МП описываются более строго, просто и ясно. По существующим представлениям МП проявляется и фиксируется в двух группах явлений:

стационарное — в силовых эффектах взаимодействия движущихся зарядов, переменное — в появлении ЭДС в замкнутом контуре. Эти эффекты будут рассмотрены, соответственно, в первой и второй частях работы. Взаимодействие точечных зарядов Термин стационарный, то есть постоянный во времени, создает иллюзию чего-то неизменного и неподвижного.

Однако стационарное МП — это принципиально динамическое явление. Оно создается только движущимися зарядами и обнаруживается только ими. Считается, что стационарное МП имеется у пролетающих мимо нас электрических зарядов, вокруг пучков заряженных частиц и проводов с током, внутри соленоидов, у полюсов постоянных магнитов. Во всех этих случаях его источником являются движущиеся заряды (в постоянных магнитах из ферромагнетиков имеются молекулярные кольцевые токи, а в магнитах из сверхпроводников — кольцевые макротоки). Даже у элементарных частиц — электронов, протонов, нейтронов МП обусловлено круговым движением заряженной материи.

Доказательством реальности стационарного МП служат силы, действующие с его стороны на движущиеся электрические заряды. Его регистрируют и измеряют по отклонению пролетающих заряженных частиц, по притяжению или отталкиванию проводов с током, магнитов, соленоидов, по повороту магнитной стрелки, намагничиванию вещества и поляризации элементарных частиц.

Все эти случаи сводятся к силе взаимодействия двух движущихся зарядов, которую и рассмотрим в первую очередь. Неподвижный точечный заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле, напряженность Е которого одинакова во всех направлениях и убывает с расстоянием r как 1/r2. Вектор Е направлен по радиусу, а эквипотенциальные поверхности имеют вид сфер с общим центром на заряде (рис. 1, а). Взаимодействие двух неподвижных зарядов q1, q2 описывается законом Кулона: где a — расстояние между зарядами, ε —

абсолютная диэлектрическая проницаемость среды. При этом силы F12, действующая со стороны первого заряда на второй, и F21 — со стороны второго на первый, равны и противоположны, то есть в соответствии с третьим законом Ньютона действие равно противодействию. Поле движущегося заряда отлично от поля неподвижного (рис. 1, б). Эквипотенциальные поверхности уже не являются концентрическими сферами, а их центры смещаются вместе с движущимся зарядом. Это связано с тем, что поле распространяется с конечной скоростью, равной скорости света, а каждая следующая его порция испускается из новой точки пространства, куда смещается заряд. Ввиду отличия полей движущегося и неподвижного зарядов сила взаимодействия движущихся зарядов не равна кулоновской Fk(1), а отличается от нее: F = Fk+ Fм (сумма здесь векторная). Добавочная сила Fм, возникающая за счет движения, в классической электродинамике называется магнитной силой и связывается с наличием у движущихся зарядов МП. Она определяется законом Ампера: Прямые скобки здесь означают векторное произведение, В1 — магнитная индукция, создаваемая первым зарядом в месте нахождения второго, В2 — вторым на месте первого, v1 и v2 — скорости зарядов. Если заряды движутся параллельно друг другу, то магнитная сила, как и кулоновская, является центральной и одинаковой на оба заряда, то есть действие равно противодействию.

Однако в случае непараллельного движения силы F12М и F21М не равны друг другу и направлены не по одной линии. А если заряды движутся перпендикулярно друг другу, то магнитная сила действует лишь на один из них, без противодействия на второй (рис. 2) Этот результат противоречит одному из фундаментальных законов природы, гласящему, что действие равно противодействию.

Выражения для магнитных сил (2, 3) противоречат и другому фундаментальному закону природы — принципу относительности Галилея, так как силы зависят от абсолютных скоростей, а должны определяться относительными. Ампер понимал эти противоречия и давал более сложные выражения для сил, которые в дальнейшем забылись. Разрешая противоречия классической электродинамики, Эйнштейн разработал теорию относительности, введя сокращение размеров, замедление времени и прочее для движущихся тел. Введение магнитных сил в классической электродинамике оказалось необходимым ввиду того, что в ней не учитывается отличие электрического поля движущегося заряда от поля неподвижного, а сила взаимодействия движущихся зарядов рассчитывается по статической формуле Кулона (1).

Соответственно электрическое поле движущихся зарядов определяют по статическому уравнению Максвелла divD = ρ (D = εE — электрическая индукция, ρ — объемная плотность заряда). Если бы Эрстед, Ампер, Фарадей, Максвелл и их последователи учли разницу электрических полей, изображенных на рис. 1, а и 1, б, то необходимость введения МП и магнитных сил отпала бы.

Продемонстрируем это на примере взаимодействия токов. Поле тока Проводник, по которому течет постоянный электрический ток, является электрически незаряженным, так как число положительных зарядов в нем равно числу отрицательных и сколько зарядов входит с одной стороны, столько и выходит с другой. Однако, несмотря на компенсацию зарядов, ток создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это связано с тем, что поле движущихся зарядов (в металлах электроны) отлично от поля неподвижных (положительных ионов).

Напряженность поля проводника с током Е = ЕД— ЕС, где ЕД — напряженность, создаваемая движущимися зарядами, а ЕС — статическими той же плотности. Электрическое поле цепочки неподвижных зарядов (заряженной нити) из электростатики равно Ес= τ /(2 πε r), где τ — линейная плотность заряда. Вектор ЕС перпендикулярен оси нити и направлен по радиусу r. Если же цепочка зарядов движется со скоростью v, то их поле, как говорят, сносится назад эфирным ветром — оно отстает за счет конечной скорости распространения c (рис. 3). Поэтому его напряженность Приближение справедливо при скоростях v много меньших скорости света с. * ) Суммарное электрическое поле проводника с током где I = v τ — ток,

µ — абсолютная магнитная проницаемость среды. Здесь учтено, что с2 = 1/( εµ ). Хотя это поле и обнаружено экспериментально (оно особенно сильно вблизи сверхпроводниковых соленоидов, где протекают большие токи), оно не признается классической электродинамикой. Для описания же создаваемых им эффектов вводят МП с индукцией

Однако МП объясняет лишь часть эффектов (например, взаимодействие двух токов) и не может объяснить, например, воздействие постоянного тока на неподвижный заряд, предсказываемое (5). Взаимодействие токов В 1820 г. Ампер открыл, что два параллельных провода с токами I1 и I2 притягиваются, если токи текут в одном направлении, и отталкиваются, если токи встречные, с силой где а — расстояние между проводами, l — их длина. Он объяснил этот факт взаимодействием магнитных полей токов (6). При этом Ампер не знал о существовании у проводов с током электрических полей (5) и не учитывал силу их взаимодействия.

Посмотрим, а не получится ли та же экспериментально измеряемая сила (7) при учете только электрического взаимодействия проводов, без магнитного. Для определенности свободными носителями заряда будем считать положительные частицы. Сила взаимодействия двух проводов с токами I1, I2 складывается из четырех составляющих: отталкивания положительных зарядов первого и положительных второго провода F+1-2, притяжения отрицательных первого и положительных второго F-1+2, притяжения положительных первого и отрицательных второго F+1-2, а также отталкивания отрицательных первого и отрицательных второго F-1-2 (рис. 4) — Последняя составляющая силы между неподвижными отрицательными зарядами определяется из электростатики: где τ1,

τ2 — линейные плотности зарядов в проводах. Расчет остальных сил следует вести с учетом движения цепочек зарядов относительно друг друга согласно (4). При этом в соответствии с принципом относительности в качестве скорости v нужно брать относительною скорость, то есть для F+1-2 v1, для F-1+2 v2, а для F+1+2 (v1-v2). В результате после сокращения статических составляющих сил получим Подставив сюда значение Fc по (9), заменив с 2 на 1/( εµ ), v1τ1 на I1 и v2τ2 на I2, получим выражение Ампера (7). Знак минус означает притяжение. Если один изтоков будет обратного направления, то есть отрицательным, то будет сила отталкивания со знаком плюс. Следовательно, для описания взаимодействия проводов с током не нужно вводить промежуточную среду — МП. Не потеряв, как это сделал Ампер и его последователи, электрическое поле тока, понять и рассчитать это взаимодействие становится проще, строже и нагляднее. При этом отпадают проблемы противоречий с принципом относительности и третьим законом Ньютона.

Намагничивание Наряду с описанными силовыми эффектами стационарное МП проявляет себя в намагничивании вещества. Намагничивание — это приобретение телом магнитного момента pМ= qМl, где qМ — положительный и отрицательный магнитные заряды, а l — расстояние между ними (рис. 5, а). Магнитный момент единицы объема вещества M = рМ/V, где V — объем тела, называется намагниченностью. Считается, что она пропорциональна напряженности МП Н: а коэффициент пропорциональности называют магнитной восприимчивостью вещества. Чем больше , тем лучше намагничивается данное вещество.

На самом деле никаких магнитных зарядов qМ типа изображенных на рис. 5, а у намагниченных тел не существует. Реальны же только круговые токи, представляющие собой векторную сумму круговых молекулярных токов и называемые токами Ампера IА (рис. 5, б). Замена реальной физической картины намагниченного тела (рис. 5, б) на мифический магнитный диполь (рис. 5, а) возможна потому, что на достаточно большом расстоянии от тела МП В этих структур практически одинаково, а именно оно и наблюдается в эксперименте. Различие ближнего МП структур проявляется лишь в специально поставленных экспериментах, в которых, в частности, оказано, что элементарные частицы обладают круговыми токами по рис. 5, б, а не магнитными зарядами по рис. 5, а. Если площадь основания тела S, а высота l , то в соответствии с рис. 5, а его магнитный момент рМ= МSl, а по рис. 5, б pМ= SIA. Приравнивая эти значения, получим, что IA = Мl. Если теперь от тока IA перейти к его плотности на единицу длины тела JA= IA/l, то окажется, что

Следовательно, намагниченность М есть не что иное, как линейная плотность кругового тока Ампера. Известно, что ток не может создаваться стационарным МП, как это утверждает соотношение (11) классической электродинамики. ток возбуждается только электрическим полем. Причем, для возбуждения кругового тока электрическое поле должно иметь круговую ЭДС E, то есть быть вихревым. Тогда только при неравной нулю круговой проводимости G o будет ток  IA= GoE. В дифференциальной форме это уравнение выглядит так: где

 

γo= Gol/S — удельная круговая электрическая проводимость вещества, имеющая размерность 1/(Ом•м) или См/м. Из полученного уравнения (13) следует, что для «намагничивания» вещества нужно не МП, а неоднородное, вихревое электрическое поле, ротор которого (то есть dEy/dx — dEx/dy) не равен нулю. Такое поле и создают намагничивающие устройства — соленоиды, магниты. Круговая проводимость γo характеризует способность вещества «намагничиваться» (по существующей терминологии), а точнее — проводить круговой электрический ток. В диамагнетиках γo мала и отрицательна. В парамагнетиках, где имеются круговые токи неспаренных электронов, ориентируемые вихревым электрическим полем, γo положительна.

В ферромагнетиках ниже точки Кюри происходит спонтанная ориентация орбит круговых токов неспаренных электронов и ток Ампера возникает сам собой, без внешних воздействий. При этом γo оказывается равной бесконечности. Это означает, что ферромагнетики являются сверхпроводниками, но не обычными с бесконечной линейной проводимостью, а круговыми с бесконечно текущим круговым током. Критическая температура ферромагнитных сверхпроводников равна их точке Кюри. Поэтому ферромагнитные вещества являются самыми высокотемпературными сверхпроводниками. Классические (то есть линейные) сверхпроводники также могут «намагничиваться» вихревым электрическим полем и оставаться постоянными магнитами сколь угодно долго.

Однако протекающий в них круговой ток непрерывный, а не складывающийся из множества молекулярных круговых токов, как в ферромагнетиках. ВЫВОДЫ Таким образом, силы магнитного взаимодействия имеют чисто электрическую природу. Они связаны с отличием электрического поля движущихся зарядов от поля неподвижных. Для их понимания и расчета нет нужды во введении магнитного поля. «Намагничивание» вещества также связано не с магнитным полем, а с возбуждением круговых токов вихревым электрическим полем. Поэтому ферромагнетики являются высокотемпературными сверхпроводниками по круговым токам.

Автор: Петров В.М., канд. физ.- мат. наук, доцент

Однородное и неоднородное магнитное поле

Магнитное поле

Эмпирически показано, что перемещающиеся заряды действуют друг на друга иначе, чем стационарные. Помимо взаимодействия при помощи электрического поля, движущиеся заряды оказывают действия друг на друга магнитным полем.

Прежде чем говорить об однородности или неоднородности магнитного поля следует определить с помощью каких основных физических величин можно количественно описывать магнитное поле. Рассмотрим такие характеристики магнитного поля как:

  • Вектор магнитной индукции поля.
  • Вектор напряженности магнитного поля.
  • Индукция магнитного поля

Магнитная сила ($\vec{F}_{m})$), которая оказывает воздействие на элементарный заряд q, может быть найдена как:

$\vec{F}_{m}=q\left[ \vec{v}\vec{B} \right]\left( 1 \right)$

где $\vec{v}$– скорость перемещения частицы. Величину силы (1) определим:

$F_{m}=qvB\sin {\alpha \, \left( 2 \right),}$

где $\alpha =\hat{\vec{v}\vec{B}}$.

Уравнение (1) указывает нам на то, что магнитная сила всегда нормальна к вектору скорости и вектору магнитной индукции $\vec{B} $ Если движется положительный заряд, то векторы $\vec{F}_{m}$, $\vec{v}$, $\vec{B}$ связывает правило правого винта.

Вектор магнитной индукции ($\vec{B}$) является характеристикой силового действия магнитного поля. Величина магнитной индукции численно равна максимальной магнитной силе, которая действует на частицу с зарядом 1 Кл, которая движется со скоростью 1 м/с в вакууме, нормально вектору магнитной индукции.

Для магнитных полей выполняется принцип суперпозиции: магнитное поле, которое создается системой перемещающихся зарядов или рядом токов, находят как векторную сумму магнитных полей, которые созданы каждым отдельным источником поля.

Величина магнитной индукции поля зависит от магнитных свойств вещества, в котором поле локализовано. В веществе магнитное поле является суперпозицией внешнего магнитного поля и магнитных полей, создаваемых молекулярными токами.

Готовые работы на аналогичную тему

Определение 1

Магнитное поле называют постоянным, если оно неизменно во времени.

Магнитные поля можно классифицировать, разделяя поля на:

  • однородные;
  • неоднородные.

Определение 2

Магнитное поле называют однородным, если векторы магнитной индукции во всех точках этого поля одинаковы:

$\vec{B}$=const.

Если $\vec{B}$≠const, то такое магнитное поле называется неоднородным.

Магнитное поле, как и электрическое можно изобразить графически при помощи силовых линий. Это делают для наглядности.

Линии магнитной индукции

Силовые линии магнитного поля называются линиями магнитной индукции. Касательные к этим линиям в любых точках имеют направления аналогичные направлениям векторов магнитной индукции в этих же точках.

Например, силовые линии прямого тока – это окружности с центрами на оси тока (рис.1).

Рисунок 1. Силовые линии прямого тока. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

У всех постоянных магнитных полей силовые линии замкнутые (или начинаются и заканчиваются в бесконечности). Это свойство качественного отличия постоянного электрического поля от магнитного.

Направление силовых линий магнитного поля связано с правилом буравчика.

Силовые линии постоянных магнитов начинаются на его северных полюсах и приходят к южным полюсам. Внутри постоянных магнитов силовые линии замыкаются.

Представление магнитных полей при помощи линий индукции говорит не только о направлении $\vec{B}$, но и модуле магнитной индукции. Линии магнитной индукции магнитного поля наносят на чертеж, изображая поле, такой густоты, что количество их, пронизывающих единичную площадку, нормальную к этим линиям, было пропорционально модулю магнитной индукции. На таких чертежах там, где магнитная индукция увеличивается по модулю, силовые линии сгущаются. Там, где модуль магнитной индукции уменьшается, силовые линии разрежаются.

Определение 3

Количество силовых линий, которые пересекают поверхность, называют магнитным потоком:

$Ф=\int\limits_S {\vec{B}d\vec{S}\left( 3 \right).}$

В однородном магнитном поле силовые линии изображаются как система параллельных прямых, находящихся на равных расстояниях (рис.2).

Рисунок 2. Однородное магнитное поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Отличительные черты однородного магнитного поля:

  1. Силовые линии магнитного поля — это параллельные прямые.
  2. Плотность линий магнитной индукции везде одна.
  3. Сила воздействия поля на магнитную стрелку в любой точке поля одинакова по модулю и направлению.

Неоднородное магнитное поле изображено на рис.3.

Рисунок 3. Неоднородное магнитное поле. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Отличительные черты неоднородного магнитного поля:

  1. Искривленность линий магнитной индукции.
  2. В различных точках поля густота силовых линий различны.
  3. Сила воздействия магнитного поля на магнитную стрелку является разной в разных точках поля по модулю и направлению.

Напряженность магнитного поля

Если магнитное поле находится в веществе (магнитная проницаемость $\mu \ne 1)$;), то в таком веществе происходит процесс намагничивания. В этом случае во всем объеме вещества возникают молекулярные токи, порождающие свое магнитное поле. Магнитное поле в веществе получается равным сумме внешнего поля (или поля в вакууме) $\vec{B}_{0}$ и поля молекулярных токов $\vec{B}_{mol}$:

$\vec{B}=\vec{B}_{0}+\vec{B}_{mol}\left( 4 \right)$

Магнитные свойства вещества характеризует такая физическая величина, как магнитная проницаемость $\mu$:

$\mu =\frac{B}{B_{0}}\left( 5 \right)$.

Вектор напряженности магнитного поля ($\vec{H}$) — это комбинация разных физических величин, которые относятся к полю и веществу, и, следовательно, физического смысла не имеет:

$\vec{H}=\frac{\vec{B}}{\mu_{0}}-\vec{P}_{m}\left( 6 \right)$

где $\vec{P}_{m}$ – вектор намагниченности (вектор интенсивности намагничения вещества). Однако вектор напряженности является количественной характеристикой магнитного поля, которая не зависит от магнитных свойств вещества, в котором его рассматривают. Применение $\vec{H}$ упрощает количественные описания магнитного поля в веществе.

Связь между $\vec{B}$ и $\vec{H}$ является линейной, если вещество считают изотропным:

$\vec{B}=\mu \mu_{0}\vec{H}\left( 7 \right)$.

Для магнитного поля в однородном изотропном магнетике напряженность магнитного поля не зависит от магнитной проницаемости вещества и равна напряженности в избранной точке поля для вакуума, если поле создают те же источники.

Для однородного магнитного поля имеем:

$\vec{H}=const (8)$.

Относительно неоднородного магнитного поля можно сказать, что:

$\vec{H}$≠const (9).

Примеры однородных магнитных полей

Однородных магнитных полей встречается совсем немного. К однородным магнитным полям относят:

  • магнитное поле внутри полосового магнита,
  • внутри длинного соленоида, если его длину можно считать намного большей, чем его диаметр.

Примеры неоднородных магнитных полей

К неоднородным магнитным полям относится большинство магнитных полей, например:

  • магнитное поле проводника с током,
  • вокруг постоянного магнита,
  • поле тороида,
  • магнитное поле витка с током и т.д.

В чем разница между электрическим и магнитным полем?

Виктор де Шванберг / Библиотека научных фотографий

В чем, помимо происхождения, разница между магнитным полем и электрическим?

Адам Грей , Манчестер, Великобритания

Электрическое и магнитное поля являются составляющими электромагнитного поля.

Эти два компонента занимают разные плоскости относительно причины электромагнитного поля, например движущегося электрического заряда.Это единственное различие, а также то, является ли заряд, генерирующий поле, неподвижным или движущимся.

Брайан Поллард , Лонсестон, Корнуолл, Великобритания

Между электрическим и магнитным полями существует взаимосвязь: изменение одного поля вызывает изменение другого. Электромагнитная волна состоит из полей обоих типов, которые колеблются вперед и назад.

Связь между электрическим и магнитным полями — это то, что позволяет формировать электромагнитные волны, включая свет и тепло.Эти отношения имеют фундаментальное значение для работы Вселенной в ее нынешнем виде.

Помимо этих аспектов электромагнетизма, электрическое поле образуется между положительным и отрицательным потенциалами напряжения. Пример магнитного поля, который знаком большинству людей, создается извне между северным и южным магнитными полюсами стержневого магнита и продолжается внутри магнита между полюсами, образуя петлю.

Все магнитные поля образуют эти петли — свойство, обнаруженное английским ученым 19 века Майклом Фарадеем.Он использовал петли в предметах повседневного обихода, таких как электрические трансформаторы и двигатели.

Джейсон Дикер , Лонсестон, Тасмания, Австралия

И электрическое, и магнитное поля являются следствием притяжения и отталкивания электрических зарядов. Однако магнитный эффект вызывается движущимися электрическими зарядами, а электрическое поле — неподвижными зарядами.

Например, магнитное поле, наблюдаемое в простом стальном стержневом магните, является результатом орбитальных и вращающихся зарядов субатомных частиц.

Однако движение относительное, поэтому, например, человек, движущийся с линией зарядов, не будет воспринимать магнитное поле, которое было бы у неподвижного человека рядом с движущимися зарядами.

Этот эффект полностью объясняется специальной теорией относительности Эйнштейна, которая появилась в 1905 году, почти через полвека после того, как шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл объединил электричество и магнетизм в единую теорию электромагнетизма в 1860-х годах.

Хотя многие люди говорят, что релятивистские эффекты Эйнштейна можно увидеть только при высоких скоростях, таких как движение объектов в пространстве, электроны в проводе, которые движутся как ток, создавая магнитную силу, перемещаются со скоростью около миллиметра в секунду, даже если электромагнитная волна в электрическом токе движется намного быстрее.

Чтобы ответить на этот вопрос или задать новый, напишите по адресу [email protected]

Вопросы должны быть научными вопросами о повседневных явлениях, а вопросы и ответы должны быть краткими. Мы оставляем за собой право редактировать элементы для ясности и стиля. Пожалуйста, укажите почтовый адрес, номер телефона в дневное время и адрес электронной почты.

New Scientist Ltd сохраняет за собой полный редакторский контроль над опубликованным содержанием и оставляет за собой все права на повторное использование материалов вопросов и ответов, представленных читателями, на любом носителе и в любом формате.

Вы также можете отправить ответы по почте по адресу: The Last Word, New Scientist, 25 Bedford Street, London WC2E 9ES.

Действуют положения и условия.

Разница между электрическим и магнитным полем со сравнительной таблицей

Одно из основных различий между магнитным и электрическим полями состоит в том, что электрическое поле индуцируется вокруг частицы статического заряда, которое является либо отрицательным, либо положительным, тогда как магнитное поле создает вокруг полюсов (т.е., северный и южный полюс) магнита. Некоторые другие различия между ними объясняются ниже в виде сравнительной таблицы

.

Содержание: электрическое поле против магнитного поля

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Что нужно помнить

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Электрическое поле Магнитное поле
Определение Это сила, действующая вокруг частицы электрического заряда. Область вокруг магнита, где полюса проявляют силу притяжения или отталкивания.
Единица Вольт / метр или Ньютон / кулон Тесла, (Ньютон × секунда) / (Кулон × метр)
Символ E B
Формула
Измерительный прибор Магнитометр Электрометр
Полюс Моно полюс Диполь
Электромагнитное поле Перпендикулярно магнитному полю. Перпендикулярно электрическому полю.
Поле Вектор Вектор
Полевая линия Индуцирует положительный заряд и завершает отрицательный заряд Генерируется на северном полюсе и оканчивается на южном полюсе.
Петля Линии электрического поля не образуют замкнутой петли. Магнитная линия образует замкнутый контур.
Тип заряда Отрицательный или положительный заряд. Северный или южный полюс.
Сила Сила отталкивания для одинаковых зарядов и сила притяжения для разнородных зарядов. Сила отталкивания на одинаковых полюсах и сила притяжения на противоположных полюсах.
Размер Есть в двух измерениях Остаться в трех измерениях
Работа Поле может выполнять работу (скорость и направление частиц меняются) Магнитное поле не может выполнять работу (скорость частиц остается постоянной)

Определение магнитного поля

Область вокруг магнита, где его полюса проявляют силу притяжения или отталкивания, называется магнитным полем.Магнитное поле также индуцирует, когда электрические заряды движутся в пространстве или электрический проводник.

Движущийся носитель заряда и магнит создают линии магнитного потока, которые называются линиями магнитного поля. Это векторная величина, потому что она имеет как величину, так и направление. Символ B обозначает магнитное поле и измеряется в Тесла или Ньютон на метр.

Определение электрического поля

Сила, действующая вокруг частицы с электрическим зарядом, называется электрическим полем или напряженностью электрического поля.Другими словами, это область вокруг электрического поля, где существует силовая линия. У него есть величина и направление. Следовательно, это векторная величина. Символ E обозначает электрическое поле и измеряется в ньютонах / кулонах.


Ключевые различия между электрическим полем и магнитным полем

  1. Область вокруг электрического заряда, где существует электрическая сила, называется электрическим полем. Область вокруг магнита, где полюс магнита проявляет силу притяжения или отталкивания, называется магнитным полем.
  2. Единицей измерения электрического поля в системе СИ является ньютон / кулон, а единицей измерения магнитного поля в системе СИ является тесла.
  3. Направление и величина определяют магнитное поле. Таким образом, это векторная величина. Электрическое поле также называют векторным полем.
  4. Напряженность электрического поля измеряется электрометром, тогда как магнитометр измеряет напряженность магнитного поля.
  5. В электромагнитном поле электрическое поле перпендикулярно магнитному полю, тогда как магнитное поле перпендикулярно электрическому полю.
  6. Электрическое поле создается единичным полюсным зарядом, то есть либо положительным, либо отрицательным зарядом, тогда как магнитное поле создается диполем магнита (то есть северным и южным полюсами).
  7. Линия электрического поля индуцируется при положительном заряде и гаснет при отрицательном заряде, тогда как силовая линия магнитного поля возникает от северного полюса и заканчивается к южному полюсу магнита.
  8. Силовые линии электрического поля не образуют петли, тогда как силовые линии магнитного поля образуют замкнутую петлю.
  9. Электрическое поле прямо пропорционально потоку, тогда как напряженность магнитного поля зависит от количества силовых линий, создаваемых магнитом.
  10. В электрическом поле одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, а разные заряды притягиваются друг к другу, тогда как в магнитном поле одинаковые полюса отталкиваются друг от друга, а разные полюса притягиваются друг к другу.
  11. Электрические поля, индуцированные одним зарядом (положительным или отрицательным), тогда как магнитные поля, индуцированные северным и южным полюсами магнита.
  12. Напряженность электрического поля обозначается символом E, тогда как напряженность магнитного поля обозначается буквой B.
  13. Силовые линии электрического поля измеряются в двух измерениях, а силовые линии магнитного поля — в трех измерениях.
  14. Линия электрического поля может выполнять работу, то есть скорость и направление заряда изменяются, тогда как магнитное поле не может выполнять работу, то есть направление заряда изменяется, но скорость частиц остается постоянной.

Заключение

Заряд индуцирует электрическое поле, а магнитное поле индуцирует из-за северного и южного полюсов магнита.

Электромагнетизм

— Кто-нибудь может объяснить, пожалуйста, магнитные и электрические поля?

Итак, вы получаете движущиеся электроны, и внезапно у вас появляется «магнитное» поле.

Но в то же время, если вы возьмете магнитный диполь (магнит, как мы его знаем) и переместите его вокруг, вы внезапно получите электрическое поле.

Это был большой шаг вперед в истории физики, когда эти два наблюдения были объединены в одну электромагнитную теорию в уравнениях Максвелла.

Изменяющиеся электрические поля создают магнитные поля, а изменяющиеся магнитные поля создают электрические поля.

Единственное различие между этими двумя существует в элементарном кванте поля. Электрическое поле — полюс, магнитное поле — дипольное по своей природе, магнитные монополи, хотя и приемлемые по теориям, не обнаружены.

Электрические диполи существуют симметрично магнитным диполям:
$ \ hspace {50px} $$ \ hspace {50px} $. $$ \ begin {array} {c} \ textit {силовые линии электрического диполя} \\ \ hspace {250px} \ end {array} \ hspace {50px} \ begin {array} {c} \ textit {силовые линии магнитного диполя} \\ \ hspace {250px} \ end {array}

$
  1. , но не создается НАСТОЯЩАЯ собственная магнитная сила, не так ли?

Есть симметрия электрических и магнитных сил

(следующий номер 2 в вопросе)

  1. Разве магнетизм не является просто термином, который мы используем для обозначения результатов, которые мы наблюдаем, когда вы берете регулярное электрическое поле и перемещаете его относительно некоторого объекта?

Исторически магнетизм наблюдался в древние времена в минералах, поступающих из Магнезии, региона в Малой Азии.Отсюда и название. Ничего общего с очевидными движущимися электрическими полями.

После уравнения Максвелла и открытия атомной природы вещества были обнаружены небольшие магнитные диполи в магнитных материалах, из которых состоят постоянные магниты.

  1. Электроны, как правило, находятся в состояниях, в которых их суммарный заряд компенсируется эквивалентным числом протонов, поэтому на близлежащих телах нет наблюдаемого чистого заряда. Если электронный ток движется по проводу, не будет ли это создавать колеблющуюся степень локального чистого заряда? Если это так, то действительно ли магнетизм происходит, когда движение электронов создает чистый заряд, который влияет на другие объекты? Если это верно, всегда ли магнетизм связан с чистым зарядом, создаваемым движением электронов?

№См. Ответ на вопрос 2. Изменение магнитных полей создает электрические поля и наоборот. Никаких чистых сборов.

  1. Если мое утверждение в пункте 2 верно, то в чем именно заключаются наблюдаемые различия между электрическим полем и магнитным полем? Если предположить, что пункт 3 верен, тогда создаваемая результирующая положительная или отрицательная сила будет притягивать или отталкивать магниты, потому что они имеют локализованные сетевые заряды на своих полюсах, верно? В то время как стандартное электрическое поле не подразумевает чистой силы, и поэтому оно не будет привлекательным или отталкивающим? Магнитное поле также может быть притягательным или отталкивающим для некоторых металлов из-за особой свободы движения их электронов?

№Магнитное поле взаимодействует в первом порядке с магнитным дипольным полем атомов. У некоторых есть сильные, у некоторых нет. Движущееся магнитное поле будет взаимодействовать с электрическим полем, которое оно генерирует с электронами в токе.

  1. Если бы я мог взять любой объект с чистым зарядом (например, магнит), даже если он неподвижен и неподвижен, разве это не пример магнитного поля?

У магнита обычно нулевой электрический заряд, если он специально не заряжен батареей или чем-то еще.У него есть магнитный диполь, который будет напрямую взаимодействовать с магнитными полями. См. Ссылку выше.

  1. Я вообще не понимаю, почему движущиеся электроны создают магнетизм (если я не был прав в своей гипотезе чистого заряда), и я не понимаю точной разницы между электростатическим и магнитным полями.

Это наблюдательный факт, экспериментальный факт, , на котором основана классическая теория электромагнетизма и квантовая теория.Факты должны приниматься, а математика теорий, соответствующих фактам, позволяет делать предсказания и манипуляции, которые в случае электромагнетизма очень точны и успешны, включая эту веб-страницу, с которой мы общаемся.

электромагнетизм — разница между магнитными полями и электромагнитным излучением

Как неспециалист, я понимаю электромагнитное излучение как волну фотонов с определенной частотой,

Согласно классической картине, которой достаточно для 90% инженерных приложений, электромагнитное излучение представляет собой волну колеблющихся электрических и магнитных полей.Фотоны, с другой стороны, рассматриваются как частицы и используются для объяснения определенных явлений, в которых классическая картина не работает. Все дело в дуальности частиц и волн, и не многие люди могут ее полностью понять. Его смело можно принять как есть.

и разные частоты имеют для нас разные характеристики. Например, мы можем обнаружить с помощью наших глаз одни частоты, а другие — нет, даже если они могут вызывать видимые эффекты (например, нагревание чего-либо).

Да, это правильно.Можно посмотреть на электромагнитный спектр, чтобы увидеть соглашение об именах для электромагнитных волн с разными частотами.

Магнитное поле, однако, я представляю себе как нечто вроде «силового поля», которое притягивает или отталкивает предметы, которые мы можем колебаться, чтобы выполнять такую ​​работу, как вращение ротора.

Что ж, электрическое поле тоже можно рассматривать как силовое поле. Положительный заряд создает вокруг себя поле и притягивает отрицательные заряды, и наоборот. Ключевым моментом может быть то, что, когда мы думаем об электрических и магнитных явлениях, мы думаем о статических явлениях, то есть есть постоянный магнит (или заряд), я подношу рядом другой постоянный магнит (или заряд), и они либо отталкиваются, либо притягиваются.Электромагнитное излучение — вещь динамичная. Это всего около изменяющихся электрических и магнитных полей вместо статических .

Я считаю, что эти два отношения связаны, но как? Какое отношение имеет волна фотонов к притяжению вещей? Я смотрю на какой-нибудь практический, наглядный пример их отношений, если это возможно.

Я думаю, что фраза «волна фотонов» не совсем правильна, как я пытался объяснить выше. Фотоны — это частицы, представляющие электромагнитное излучение.У них есть импульс и энергия, как и у других частиц.

Вот еще один пример, который может еще больше продемонстрировать мое замешательство: кристальные радиоприемники питаются от радиоволн. Радиоволны часто называют электромагнитным излучением с достаточно низкой частотой, чтобы мы не могли его увидеть. Я могу представить, как колеблющееся магнитное поле может приводить в действие радио и воспроизводить звук, но я не могу представить, как могло быть электромагнитное излучение.

Я думаю, что мои вышеупомянутые объяснения отвечают на этот вопрос, но я могу резюмировать некоторые цитаты и изображение со страницы википедии:

«Классически электромагнитное излучение состоит из электромагнитных волн, которые представляют собой синхронизированные колебания электрического и магнитного полей, распространяющиеся со скоростью света в вакууме… Электромагнитные волны возникают всякий раз, когда заряженные частицы ускоряются, и эти волны могут впоследствии взаимодействовать с любыми заряженными частицами ».

электромагнетизм — В чем разница между электрическим и магнитным полем?

Электрические силы — это силы притяжения или отталкивания между «заряженными объектами», например расчешите и высушите волосы после некоторого трения. Заряженные объекты — это те, которые несут некоторый ненулевой электрический заряд $ Q $. Самая легкая и, следовательно, самая легкая в перемещении заряженная частица — это электрон, поэтому избыток или недостаток электронов является наиболее типичной причиной, по которой некоторые объекты заряжаются.

Магнитные силы — это силы притяжения или отталкивания между магнитами, как намагниченные куски железа. Количество «магнитного диполя», переносимого магнитом, полностью не зависит от его электрического заряда. Они так же независимы, как гравитационные и электростатические силы, то есть так же независимы, как масса и заряд объекта.

На протяжении веков эти две силы считались независимыми. Всего несколько столетий назад, благодаря Фарадею и другим, отношения между электрическими и магнитными силами начали открываться.Магниты могут быть созданы катушками — электрическими зарядами, движущимися по петлям. Они становятся неотличимы от стержневых магнитов. Точно так же движущиеся магниты создают электрические поля.

В середине 19 века из-за этих «взаимных влияний» электричества и магнетизма постепенно была найдена единая теория. Поскольку электричество и магнетизм влияют друг на друга, нам нужно говорить о целом — электромагнетизме или, чтобы указать, что магнетизм связан с движущимися электрическими зарядами, электродинамикой (динамика как бы означает «движение» или «причины движения»).

Джеймс Клерк Максвелл написал унифицированные уравнения для электричества и магнетизма, которые продемонстрировали почти идеальную симметрию между электричеством и магнетизмом. Это два независимых «брата и сестры», но они влияют друг на друга, и внутренние механизмы в них аналогичны. Теория Максвелла также подразумевала, что существуют электромагнитные волны — возмущения в пространстве, где электрическое поле движется вверх и вниз, а также магнитное поле, которое возбуждается электрическим, и наоборот. Более того, он доказал, что свет был особым примером электромагнитной волны.

В 20 веке стало понятно, что существование другой силы следует из одной силы (например, магнетизм, вытекающий из электричества) из-за симметрии между инерциальными наблюдателями, которые движутся относительно друг друга, то есть из-за симметрии Лоренца, лежащей в основе Специальная теория относительности Эйнштейна. Было также обнаружено, что электромагнитные волны можно рассматривать как совокупность фотонов и что обмен фотонами является «причиной» электрических, а также магнитных сил.

Итак, фотоны являются посланниками электромагнетизма — электричества и магнетизма. Электроны являются наиболее важными переносчиками электрического заряда, а это означает, что они являются наиболее важными частицами, которые создают электрическое и магнитное (когда электроны движутся или вращаются) поля. Эти поля возникают и влияют на другие части материи (особенно на электроны) из-за «роли посланника» фотонов. Фотоны — это «единицы» электромагнитных волн.

ньютоновской механики — Разница между магнитным и электрическим полями

Мне нужно понять концепцию того, как различать электрические и магнитные поля.

Обратите внимание на статью об электромагнитном поле в Википедии: «Со временем стало ясно, что электрическое и магнитное поля лучше рассматривать как две части большого целого — электромагнитного поля». Электрон не имеет электрического поля или магнитного поля, он имеет электромагнитное поле. Также посмотрите, что сказал Минковский в книге «Пространство и время»:

.

«При описании поля, создаваемого самим электроном, тогда будет казаться, что разделение поля на электрическую и магнитную силы является относительным по отношению к принятой оси времени; две силы, рассматриваемые вместе, могут наиболее можно ярко описать с помощью некоторой аналогии с силовым винтом в механике, однако эта аналогия несовершенна ».

Electorn имеет электромагнитное поле, и взаимодействия электромагнитного поля приводят к линейной электрической силе и вращательной магнитной силе. Когда мы видим только первое, мы говорим об электрическом поле, когда мы видим только последнее, мы говорим о магнитном поле. Вокруг токоведущего провода есть магнитное поле, потому что линейные силы компенсируются, а вращательные силы — нет.

Например, если частица с отрицательным зарядом входит в область со скоростью 7 м / с на восток и двумя секундами позже имеет скорость 11 м / с, 44 градуса к югу от востока, то мой вопрос: какой тип поля в каком поле? направление находится в регионе и как я могу это точно сказать?

Здесь недостаточно информации.Взгляните на эту фотографию отклонения электронов из книги «Репетитор по электронным наукам» Жоржа Дельпьера и Тревора Сьюэлла:

Вы можете заставить свои электрические и магнитные поля так или иначе отклонять ваши электроны.

Предположим, что в областях присутствует однородное электрическое или магнитное поле.

Мне не нравится это предположение по разным причинам. И я все равно не думаю, что это помогает. Что вам нужно, так это дальнейшее измерение движения частицы, чтобы различать линейную и вращательную силу.

Разница между электрическим полем и магнитным полем в табличной форме

Разница между электрическим и магнитным полями

Разница между электрическим и магнитным полями состоит в том, что «электрическое поле — это область вокруг заряженных частиц», это было введено Мишелем Фарадеем. В то время как магнитное поле — это область или область вокруг магнита, где полюса магнита показывают силу притяжения или отталкивания. Больше различий в электрическом поле и магнитном поле приведены в сравнительной таблице ниже.

Электрическое поле против магнитного поля

Электрическое поле

Магнитное поле

Это сила или площадь вокруг заряженной частицы. Это область, где полюса магнитов показывают силу притяжения или отталкивания.
Единица измерения — Вольт / метр или (НЗ) Единица — Tesla
Его символ — «E» Его символ — «B»
Его формула E = F / q Его формула: B = fi / A
Измеряется электрометром Измеряется магнитометром
Это монополярный Он имеет диаметр
Его силовые линии берут начало от положительного заряда и заканчиваются отрицательным зарядом Его силовые линии образуются от северного полюса и заканчиваются на южном полюсе
Линии электрического поля не образуют замкнутого контура Силовые линии магнитного поля образуют замкнутый контур
Имеется в 2-х измерениях Остается в 3-х измерениях
Электрическое поле может работать Магнитное поле не работает

Что такое электрическое поле?

Закон Кулона для силы между зарядами побуждает нас мыслить в терминах действия на расстоянии, представленном как заряд ↔ заряд.
Снова вводя поле в качестве 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 проблема определения взаимодействия между зарядами сводится к двум отдельным задачам:
1: Определить путем измерения или вычисления электрическое поле, создаваемое первым зарядом в каждой точке пространства.
2: Рассчитайте силу, которую поля оказывают на второе место в определенной точке пространства.
По аналогии с соотношением гравитационного поля (g = F /), мы определяем электрическое поле E, связанное с определенным набором зарядов, в терминах силы, действующей на положительный пробный заряд q0 в определенной точке:
E = F / q0
Направление вектора E такое же, как направление F, потому что q0 — положительный скаляр.
Размерное электрическое поле — это сила, приходящаяся на единицу заряда.
Единица СИ: Ньютон / Кулон (Н / К)
Эквивалентная единица: Вольт / метр (В / м)
В гравитационном поле g обычно выражается в единицах м / с, а также может быть выражено как сила на единицу массы в единицах Ньютон / Килограмм. И гравитационное, и электрическое поля можно выразить как силу, деленную на свойство (массу или заряд) пробного тела.

Что такое магнитное поле?

В электростатике мы представляем связь между электрическим полем и электрическим зарядом символически с помощью заряда поля заряда
То есть электрические заряды создают электрическое поле, которое, в свою очередь, может оказывать силу электрического происхождения на другие заряды.Симметрия между электрическим и магнитным полями посредством письма.
Магнитный заряд ↔ магнитное поле ↔ магнитный заряд
Что также может быть записано как
Электрический ток ↔ магнитное поле (B) электрический ток
Движущийся электрический заряд или электрический ток создают магнитное поле, которое затем может оказывать магнитную силу на другие движущиеся заряды или токи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *