Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод и многое другое.
 
Школа для электрика | База знаний | Электробезопасность | Книги | Помощь студентам | Работа для электрика | Контакты



 

Электротехника | Электроника | Электроэнергетика | Электроснабжение Электрические аппараты | Электрические машины | Автоматизация

 Школа для электрика / Справочник электрика / Основы электротехники / Поля заряженных частиц, электромагнитные и электростатические поля и их составляющие


 Школа для электрика в Telegram

 

Поля заряженных частиц, электромагнитные и электростатические поля и их составляющие


GeekBrains

Частицы и поля — два вида материи. Особенностью взаимодействия частиц является то, что оно осуществляется не при непосредственном контакте их, а на некотором расстоянии между ними.

Это объясняется тем, что частицы связаны с полем, окружающим их и обусловливающим взаимодействие между ними. Таким образом, частицы взаимодействуют через свои поля.

Поля распределяются в пространстве, в противоположность дискретным частицам, непрерывно. Некоторые взаимодействия имеют двойственный характер. Так, например, электромагнитное поле, распространяясь в пространстве в виде волн, одновременно обнаруживается в виде дискретных частиц — фотонов.

В природе встречаются поля разных видов: гравитационное (тяготения), магнитостатическое, электростатическое, ядерное и др. Каждое поле характеризуется отличительными, ему присущими свойствами.

Электромагнитное поле воздушной линии электропередачи

Между двумя видами материи — частицами и полями — имеется внутренняя связь, которая проявляется прежде всего в том, что любое изменение состояния частиц непосредственно отражается на поле (и наоборот, всякое изменение поля влияет на частицы), а также в наличии у них общих свойств: массы, энергии, импульса или количества движения и др.

Кроме того, частицы могут превращаться в поле, а поле — в такие же частицы. Все это свидетельствует о том, что вещество и поле являются двумя видами материи.

Наряду с этим между полями и частицами имеется и различие, позволяющее рассматривать их как разные виды материи.

Это различие заключается в том, что элементарные частицы дискретны и занимают определенный объем, они непроницаемы для других частиц: один и тот же объем не может быть занят разными телами и частицами. Поля же непрерывны и обладают большой проницаемостью: в одном и том же объеме пространства одновременно могут находиться поля различного вида.

Частицы и тела могут перемещаться в пространстве под действием внешних сил ускоренно или замедленно, т. е. скорость движения частиц в пространстве может быть различна. Поля же распространяются в пространстве с одной и той же скоростью, например в вакууме — со скоростью, равной скорости распространения света.

Поскольку частицы и поля тесно связаны между собой и представляют собой единое целое, в пространстве невозможно установить точную границу между частицей и ее полем.

Однако можно указать очень малую область пространства, в которой проявляются свойства дискретной частицы. В этом смысле условно можно определять размеры элементарных частиц. В пространстве за пределами указанной области можно считать, что существует только поле, связанное с элементарной частицей.

Электромагнитное поле вышки мобильной связи

Электромагнитное поле и его составляющие

В электротехнике рассматривается поле, которое обусловливается движением частиц, несущих электрические заряды. Такое поле носит название электромагнитного. Явления, связанные с распространением этого поля, называются электромагнитными явлениями.

Электроны, обращаясь в атоме вокруг ядра, взаимодействуют с протонами через электрическое поле, в то же время движение их эквивалентно электрическому току, который, как показывает опыт, всегда связан с наличием магнитного поля.

Следовательно, поле, через которое взаимодействуют между собой элементарные частицы атома, т. е. электромагнитное поле, состоит из двух полей: электрического и магнитного. Эти поля взаимно связаны и неотделимы друг от друга.

Внешне электромагнитное поле при макроскопическом рассмотрении в одних случаях проявляется в виде стационарного, а в других случаях в виде переменного поля.

При стационарном состоянии атомов данного вещества как электрическое (в этом случае поле в атомах полностью связано равными по значению зарядами разных знаков), так и магнитное поля (из-за хаотической ориентации орбит электронов) во внешнем пространстве не обнаруживаются.

Однако, если равновесие в атоме нарушается (образуется ион, на хаотическое движение накладывается направленное движение, элементарные токи магнитных веществ ориентируются в одном направлении и т. п.), то вне этого вещества поле может быть обнаружено. При этом, если указанное состояние поддерживается неизменным, то характеристики поля имеют значение, постоянное во времени. Такое поле называется стационарным полем.

Стационарное поле при макроскопическом рассмотрении в ряде случаев обнаруживается лишь в виде одной составляющей: либо в виде электрического поля (например, поле неподвижных заряженных тел), либо в виде магнитного поля (например, поле постоянных магнитов).

Составляющие стационарного электромагнитного поля неотделимы от движущихся заряженных частиц: электрическая составляющая связана с электрическими зарядами, а магнитная составляющая сопровождает (окружает) движущиеся заряженные частицы.

Переменное электромагнитное поле образуется в результате изменяющегося или колебательного движения заряженных частиц, систем или составляющих стационарных полей. Особенностью такого поля высокой частоты является то, что, возникнув (после излучения источником), оно отрывается от источника и уходит в окружающую среду в виде волн.

Электрическая составляющая этого поля существует в свободном состоянии, отделенной от вещественных частиц и носит вихревой характер. Таким же полем является и магнитная составляющая: она также существует в свободном состоянии, несвязанно с движущимися зарядами (или электрическим током). Однако оба эти поля составляют одно неразрывное целое и в процессе движения в пространстве непрерывно преобразуются одно в другое.

Переменное электромагнитное поле обнаруживается по воздействию на находящиеся на пути его распространения частицы и системы, которые могут быть приведены в колебательное движение, а также с помощью устройств, преобразующих энергию электромагнитного поля в энергию другого вида (например, тепловую).

Частным случаем является действие этого поля на зрительные органы живых существ (свет представляет собой электромагнитные волны).

Составляющие электромагнитного поля — электрическое и магнитное поля были открыты и изучены раньше электромагнитного поля, причем независимо друг от друга: никакой связи между ними тогда не было обнаружено. Это и привело к тому, что оба поля считались независимыми.

Однако теоретические соображения, подтвержденные затем опытом, показали, что между электрическим и магнитным полями существует неразрывная связь и любое электрическое или магнитное явление всегда оказывается электромагнитным.

Смотрите также: Электрическое и магнитное поле: в чем различия

Электростатический генератор

Электростатическое поле

Одно только электрическое поле обнаруживается в вакууме или диэлектрической среде вокруг неподвижных относительно наблюдателя изолированных тел с избыточными неизменными в пространстве и во времени (в макроскопическом смысле) электрическими зарядами одного знака, полученными при ионизации атомов (в результате электризации, смотрите  — Электризация тел, взаимодействие зарядов). Такое поле называется электростатическим.

Электростатическое поле является разновидностью стационарного электрического поля и отличается от него тем, что элементарные заряженные частицы, обусловливающие электростатическое поле, находятся только в хаотическом движении, тогда как стационарное поле определяется направленным движением электронов, которое накладывается на хаотическое движение.

В этом поле постоянство характеристик обусловливается непрерывным воспроизведением распределения зарядов в поле (равновесный процесс).

В электростатическом поле суммарное действие большого числа однозначно заряженных частиц, находящихся в непрерывном хаотическом движении в различных направлениях, воспринимается вне заряженного тела как поле неизменного во времени электрического заряда одного знака.

Действие магнитной составляющей в электростатическом поле из-за хаотического движения носителей зарядов во внешнем пространстве взаимно нейтрализуется и поэтому не обнаруживается.

Отличительной особенностью электростатического поля является наличие истока и стока — тел, которым сообщены избыточные заряды разных знаков (тел, из которых как бы вытекает и в которые втекает это поле).

Электростатическое поле и наэлектризованные тела, являющиеся истоками и стоками поля, неотделимы друг от друга, представляя собой единое физическое целое.

Этим электростатическое поле отличается от электрической составляющей переменного электромагнитного поля, которая, существуя в свободном состоянии, имеет вихревой характер, не имеет истока и стока.

На поддержание данного состояния электростатического поля энергия не расходуется. Она необходима только при установлении этого поля (для непрерывного излучения электромагнитного поля необходима затрата энергии).

Электростатическое поле может быть обнаружено по механической силе, действующей на неподвижные заряженные тела, помещенные в это поле, а также по индуцированию, или наведению электростатических зарядов на неподвижных металлических телах, и по поляризации неподвижных диэлектрических тел, помещенных в это поле.

Смотрите также:

Характеристики электрического поля

Проводники в электрическом поле

Диэлектрики в электрическом поле