Elektrisch en magnetisch veld: wat zijn de verschillen?

De term «veld» in het Russisch betekent een zeer groot gebied met een uniforme samenstelling, bijvoorbeeld tarwe of aardappel.

In de natuurkunde en elektrotechniek wordt het gebruikt om verschillende soorten materie te beschrijven, bijvoorbeeld elektromagnetisch, bestaande uit elektrische en magnetische componenten.

Elektrische lading wordt geassocieerd met deze vormen van materie. Als het stilstaat, is er altijd een elektrisch veld omheen, en als het beweegt, wordt er ook een magnetisch veld gevormd.

Het idee van de mens over de aard van het elektrische (meer precies, elektrostatische) veld wordt gevormd op basis van experimentele studies van de eigenschappen ervan, aangezien er nog geen andere onderzoeksmethode is. Bij deze methode is gebleken dat het met een bepaalde kracht inwerkt op bewegende en/of stilstaande elektrische ladingen. Door de waarde ervan te meten, worden de belangrijkste operationele kenmerken geëvalueerd.

Elektrisch veld

Gevormd:

• rond elektrische ladingen (lichamen of deeltjes);

• met veranderingen in het magnetische veld, zoals die optreden tijdens beweging elektromagnetische golven. 

Het wordt afgebeeld met krachtlijnen, die meestal worden weergegeven als afkomstig van positieve ladingen en eindigend in negatieve. Ladingen zijn dus bronnen van elektrisch veld. Door ernaar te handelen kunt u:

• het identificeren van de aanwezigheid van een veld;

• voer een gekalibreerde waarde in om de waarde ervan te meten.

Voor praktisch gebruik is de vermogenskarakteristiek de zogenaamde spanning, die wordt geschat door de werking op een enkele lading met een positief teken.

Magnetisch veld

Werkt op:

• elektrische lichamen en ladingen in beweging met een bepaalde inspanning;

• magnetische momenten zonder rekening te houden met de toestanden van hun beweging.

Het magnetische veld ontstaat:

• de doorgang van een stroom van geladen deeltjes;

• door de magnetische momenten van elektronen in atomen of andere deeltjes op te tellen;

• met een tijdelijke verandering in het elektrische veld.

Het wordt ook afgebeeld met krachtlijnen, maar ze zijn gesloten langs de contour, ze hebben geen begin en geen einde, in tegenstelling tot elektrische.

Interactie van elektrische en magnetische velden

De eerste theoretische en wiskundige rechtvaardiging van de processen die plaatsvinden in het elektromagnetische veld werd uitgevoerd door James Clerk Maxwell. Hij presenteerde een systeem van vergelijkingen van differentiële en integrale vormen waarin hij de relatie aantoonde van het elektromagnetische veld tot elektrische ladingen en stromen die in continue media of vacuüm stromen.

In zijn werk gebruikt hij de wetten:

• Ampère, beschrijft de stroom van stroom door een draad en het creëren van magnetische inductie eromheen;

• Faraday, die het optreden van een elektrische stroom verklaart door de werking van een wisselend magnetisch veld op een gesloten geleider.

De werken van Maxwell bepaalden de precieze relaties tussen de manifestaties van elektrische en magnetische velden, afhankelijk van de ladingen die in de ruimte zijn verdeeld.

Er is veel tijd verstreken sinds de publicatie van Maxwells werken. Wetenschappers bestuderen voortdurend de manifestaties van experimentele feiten tussen elektrische en magnetische velden, maar zelfs nu is het moeilijk om hun aard vast te stellen. De resultaten zijn beperkt tot puur praktische toepassingen van de beschouwde verschijnselen.

Dit wordt verklaard door het feit dat we met ons kennisniveau alleen maar hypothesen kunnen bouwen, aangezien we voorlopig alleen iets kunnen aannemen.De natuur heeft immers onuitputtelijke eigenschappen die nog veel en lang bestudeerd moeten worden.

Vergelijkende kenmerken van elektrische en magnetische velden

Bronnen van onderwijs

De onderlinge relatie tussen de velden van elektriciteit en magnetisme helpt om het voor de hand liggende feit te begrijpen: ze zijn niet geïsoleerd, maar verbonden, maar ze kunnen zich op verschillende manieren manifesteren en een enkele entiteit vertegenwoordigen - een elektromagnetisch veld.

Als we ons voorstellen dat er op een gegeven moment een inhomogeen veld van elektrische lading wordt gecreëerd vanuit de ruimte, die stationair is ten opzichte van het aardoppervlak, dan zal het niet werken om het magnetische veld eromheen in rust te bepalen.

Als de waarnemer ten opzichte van deze lading begint te bewegen, zal het veld na verloop van tijd beginnen te veranderen en zal de elektrische component al een magnetische component vormen, wat de vaste onderzoeker kan zien met zijn meetinstrumenten.

Evenzo zullen deze verschijnselen optreden wanneer een stationaire magneet op een bepaald oppervlak wordt geplaatst, waardoor een magnetisch veld ontstaat. Wanneer de waarnemer ernaartoe begint te bewegen, zal hij het verschijnen van een elektrische stroom detecteren.Dit proces beschrijft het fenomeen van elektromagnetische inductie.

Daarom heeft het weinig zin om te zeggen dat er op het beschouwde punt in de ruimte slechts één van de twee velden is: elektrisch of magnetisch. Deze vraag moet gesteld worden in relatie tot het referentiekader:

• stationair;

• verplaatsbaar.

Met andere woorden, het referentiekader beïnvloedt de manifestatie van elektrische en magnetische velden op dezelfde manier als het bekijken van landschappen door filters van verschillende tinten. De verandering in de kleur van het glas beïnvloedt onze perceptie van het totaalbeeld, maar zelfs als we uitgaan van het natuurlijke licht dat wordt gecreëerd door de doorgang van zonlicht door de luchtatmosfeer, zal dit niet het ware beeld als geheel geven. zal het vervormen.

Dit betekent dat het referentiekader een van de manieren is om het elektromagnetische veld te bestuderen, het maakt het mogelijk om de eigenschappen en configuratie ervan te beoordelen. Maar dat doet er eigenlijk niet toe.

Elektromagnetische veldindicatoren

Elektrisch veld

Elektrisch geladen lichamen worden gebruikt als indicatoren die de aanwezigheid van een veld op een bepaalde locatie in de ruimte aangeven. Ze kunnen geëlektrificeerde kleine stukjes papier, ballen, mouwen, "sultans" gebruiken om de elektrische component te observeren.

Laten we eens kijken naar een voorbeeld waarbij twee indicatorballen in vrije ophanging zijn geplaatst aan weerszijden van een plat geëlektrificeerd diëlektricum. Ze zullen evenzeer worden aangetrokken door het oppervlak en zullen zich in een lijn uitstrekken.

In de tweede fase plaatsen we een platte metalen plaat tussen een van de ballen en een geëlektrificeerd diëlektricum. Dit verandert niets aan de krachten die op de indicatoren werken. De ballen zullen niet van positie veranderen.

De derde fase van het experiment heeft betrekking op de aarding van de metalen plaat. Zodra dit gebeurt, zal de indicatorbal die zich tussen het geëlektrificeerde diëlektricum en het geaarde metaal bevindt, van positie veranderen en van richting veranderen in verticaal. Het zal niet meer worden aangetrokken door de plaat en zal alleen worden onderworpen aan de zwaartekracht van de zwaartekracht.

Deze ervaring leert dat geaarde metalen schermen de voortplanting van elektrische veldlijnen blokkeren.

Magnetisch veld

In dit geval kunnen de indicatoren zijn:

• staalvijlsel;

• een gesloten lus waardoor een elektrische stroom vloeit;

• magnetische naald (kompasvoorbeeld).

Het principe van de verdeling van staalkrullen langs magnetische krachtlijnen is het meest verspreid. Het is ook inbegrepen in de werking van de magnetische naald, die, om de tegenwerking van wrijvingskrachten te verminderen, op een scherpe punt wordt gefixeerd en zo extra rotatievrijheid krijgt.

Wetten die de interacties beschrijven van velden met geladen lichamen

Elektrische velden

Het experimentele werk van Coulomb, uitgevoerd met puntladingen opgehangen aan een dunne en lange draad van kwarts, diende om het beeld te verduidelijken van de processen die plaatsvinden in elektrische velden.

Wanneer een geladen bal in hun buurt werd gebracht, beïnvloedde de laatste hun positie, waardoor ze gedwongen werden een bepaalde afstand af te wijken. Deze waarde is vastgelegd op de schaalknop van een speciaal ontworpen apparaat.

Op deze manier worden de krachten van wederzijdse actie tussen elektrische ladingen, de zogenaamde elektrisch, Coulomb-interactie… Ze worden beschreven door wiskundige formules die voorlopige berekeningen van de ontworpen apparaten mogelijk maken.

Magnetische velden

Het werkt hier prima De wet van Ampere gebaseerd op de interactie van een stroomvoerende geleider die binnen de magnetische krachtlijnen is geplaatst.

Een regel die de plaatsing van de vingers van de linkerhand gebruikt, is van toepassing op de richting van de kracht die op de stroomvoerende draad werkt. De vier samengevoegde vingers moeten in de richting van de stroom worden geplaatst en de krachtlijnen van het magnetische veld moeten de handpalm binnendringen. Dan geeft de uitstekende duim de richting van de gewenste kracht aan.

Vlucht afbeeldingen

Krachtlijnen worden gebruikt om ze in het vlak van de tekening aan te geven.

Elektrische velden

Om in deze situatie spanningslijnen aan te geven, wordt een potentiaalveld gebruikt wanneer stationaire ladingen aanwezig zijn. De krachtlijn komt uit de positieve lading en gaat naar de negatieve.

Een voorbeeld van elektrische veldmodellering is een variant van het plaatsen van kininekristallen in olie. Een modernere methode is het gebruik van computerprogramma's van grafisch ontwerpers.

Hiermee kunt u afbeeldingen maken van equipotentiaaloppervlakken, de numerieke waarde van het elektrische veld schatten en verschillende situaties analyseren.

Magnetische velden

Voor een grotere helderheid van de weergave gebruiken ze lijnen die kenmerkend zijn voor een vortexveld wanneer ze worden gesloten door een lus. Bovenstaand voorbeeld met stalen dossiers illustreert dit fenomeen duidelijk.

Vermogen kenmerken

Het is gebruikelijk om ze uit te drukken als vectorgrootheden met:

• een bepaalde gang van zaken;

• krachtwaarde berekend door de overeenkomstige formule.

Elektrische velden

De elektrische veldsterktevector bij een eenheidslading kan worden weergegeven in de vorm van een driedimensionaal beeld.

De omvang ervan:

• weggeleid van het ladingscentrum;

• heeft een dimensie die afhankelijk is van de berekeningsmethode;

• wordt bepaald door contactloze actie, dat wil zeggen op afstand, als de verhouding van de werkende kracht tot de lading.

Magnetische velden

De spanning die in de spoel ontstaat, is als voorbeeld te zien in de volgende afbeelding.

De magnetische krachtlijnen erin van elke draai naar buiten hebben dezelfde richting en tellen op. Binnen de turn-to-turn-ruimte zijn ze tegengesteld gericht. Hierdoor wordt het interne veld verzwakt.

De grootte van de spanning wordt beïnvloed door:

• de sterkte van de stroom die door de spoel gaat;

• het aantal en de dichtheid van wikkelingen, die de axiale lengte van de spoel bepalen.

Hogere stromen vergroten de magnetomotorische kracht. Ook in twee spoelen met hetzelfde aantal windingen maar verschillende wikkelingsdichtheden, wanneer dezelfde stroom vloeit, zal deze kracht groter zijn waar de windingen dichterbij zijn.

Elektrische en magnetische velden hebben dus duidelijke verschillen, maar ze zijn onderling verbonden componenten van één gemeenschappelijk ding, elektromagnetisch.