Чем магнитное поле отличается от электрического?

Шаг за шагом Электрическое, магнитное и электромагнитное поле Наиболее сложные понятия, с которыми приходится сталкиваться при изучении электротехники и радиотехники, - это понятия об

Чем магнитное поле отличается от электрического?

Шаг за шагом

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.

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.

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.

Читайте также  Чем отличается юрист от нотариуса: особенности и отличия

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;

– 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!

Похожие статьи по теме

Поделитесь своим мнением Отменить ответ

Популярное на сайте

Опросы

  • Карта сайта
  • Обратная связь
  • Реклама на сайте
  • О сайте
  • Литература
  • Термины электрика

Наш сайт Все-электричество предоставляет вашему вниманию подробную информацию об электрике. Публикация наших материалов может разрешаться только в том случае если вы укажите ссылку на источник с указанием нашего проекта. Перед использованием нашего проекта рекомендуем прочесть пользовательское соглашение. Вся информация на сайте Все-электричество предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.

Чем магнитное поле отличается от электрического?

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.

Читайте также  Чем отличается здание от помещения?

Что такое силовые линии

Выдающийся английский физик Майкл Фарадей (1791-1867), исследовавший природу электромагнитного поля, первым сформулировал понятие силовых линий для электрического и магнитного полей.

Силовые линии магнитного поля обладают следующими основными свойствами:

  • Силовые линии — это графическая визуализация (“картина”) изображения силового поля;
  • Силовые линии заполняют пространство таким образом, что касательные к ним в каждой точке пространства совпадают по направлению с вектором магнитной индукции;
  • Через каждую точку проходит только одна силовая линия;
  • Плотность (густота) силовых линий, пронизывающих единичную перпендикулярную площадь, пропорциональна модулю магнитной индукции B на этой площади;
  • Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты, поскольку магнитное поле является полем вихревого типа. Вихревыми называются любые поля, имеющие замкнутые силовые линии.

М. Фарадей по праву считается одним из первооткрывателей природы электромагнитных явлений. В 1845 г. он первым четко сформулировал понятие об электромагнитном поле. Кроме этого он открыл фундаментальный закон, названный его именем, который гласит о том, что в замкнутом проводящем контуре, через который проходит изменяющийся во времени магнитный поток, возникает разность потенциалов, то есть электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитного потока.

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;

– 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.

Урок 28. Сравнение электрического и магнитного полей

Урок 28. Сравнение электрического и магнитного полей

Урок проводится после изучения темы «Магнитное поле». Основной методический прием — выделение общих и отличительных черт в электрическом и магнитном полях с заполнением таблицы.

I. Слово учителя

Физика и философия рассматривают материю как основу всего сущего, которая существует в разных формах. Она может быть сосредоточена в пределах ограниченной области пространства (локализована), но может быть, напротив, «делокализована». Первому состоянию можно поставить в соответствие понятие «вещество», второму — понятие «поле». И то и другое состояния, наряду со специфическими физическими характеристиками, имеют и общие. Например, есть энергия единицы объема вещества, есть энергия единицы объема поля. Свойства материи неисчерпаемы, процесс познания бесконечен. Поэтому все физические понятия надо рассматривать в развитии. Так, например, современная физика в отличие от классической не проводит строгой границы между полем и веществом. В современной физике поле и вещество взаимно превращаются: вещество переходит в поле, а поле переходит в вещество. Но не будем забегать вперед, а вспомним классификацию форм материи.

II. Работа со схемой

С помощью кодоскопа проецируется схема.

Попробуйте по схеме составить кратким рассказ о формах существования материи.

После ответа учащихся учитель напоминает о сходстве характеристик гравитационного и электрического полей, которое было выявлено на предыдущих уроках по теме «Электрическое поле». Напрашивается вывод: если есть сходство между гравитационным и электрическим полями, то должно быть оно и между полями электрическим и магнитным.

III. Работа с таблицей

Предлагается сопоставить свойства и характеристики полей в виде таблицы, аналогичной той, которую делали при сравнении гравитационного и электрического полей.

Учебники

Разделы физики

Журнал «Квант»

Лауреаты премий по физике

Общие

Kvant. Электрическое и магнитное поля

Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля //Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

Вокруг всякого покоящегося в некоторой системе отсчета электрического заряда q существует, как известно, электростатическое поле. Если этот заряд точечный, то напряженность поля в любой точке на расстоянии r от него определяется формулой:

Сила взаимодействия двух покоящихся точечных зарядбв q и q’, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна

Если заряды одинаковые (q = q’), то

Это хорошо известный закон Кулона. Подчеркнем, что эгот закон был установлен экспериментально. Входящая в формулы (1), (2) величина ε — это электрическая постоянная, равная 8,85·10 -12 Кл 2 /(Н·м 2 ).

Обсудим теперь ситуацию с зарядом, движущимся с постоянной скоростью (

vec upsilon). Скорость (

vec upsilon) мы измеряем относительно заранее выбранной системы отсчета, которую мы условно считаем неподвижной и обозначим буквой К.

Движущийся заряд — это электрический ток, а вокруг тока существует магнитное поле. Значит, движение заряда приводит к появлению магнитного поля в рассматриваемой нами системе отсчета К.

Обратите внимание на то, что если бы мы перешли в систему отсчета К’, движущуюся относительно системы К со скоростью, равной скорости заряда (

vec upsilon) никакого магнитного поля в этой системе не было бы (помещенная там магнитная стрелка (компас) оставалась бы в покое).

Вернемся, однако, снова в систему К. Из опыта мы знаем, что магнитное поле действует на электрический ток, а значит, и на движущийся заряд. Понятно, что между электрическими и магнитными явлениями должна существовать тесная связь.

Рассмотрим простой пример. Пусть заряд q движется со скоростью (

vec upsilon) (в системе К). Тогда в пространстве вокруг него есть и электрическое, и магнитное поля. Пусть теперь в какой-то точке, где электрическое и магнитное поля созданы зарядом q, оказался другой заряд q’, который движется со скоростью (

vec upsilon). Очевидно, что на него будут действовать электрическая и магнитная силы. Аналогичное утверждение можно сделать и про заряд q.

Если заряды движутся со скоростями не слишком большими (что такое «не слишком большие», выяснится ниже), то их электрические поля в каждый момент времени практически не отличаются от случая покоящихся зарядов, а силу электрического взаимодействия зарядов можно подсчитывать по закону Кулона (2).

Мы ограничимся дальше случаем не очень быстро движущихся зарядов. В этом случае можно довольно просто сравнить магнитные и электрические силы. Мы сделаем это для двух зарядов, скорости которых в некоторый момент оказались параллельными друг другу и перпендикулярными к линии, соединяющей эти заряды (рис. 1).

Прежде вгего нам нужно понять, как индукция магнитного поля (

Читайте также  Чем блок питания отличается от зарядного устройства?

vec B), создаваемого движущимся зарядом, связана с величиной этого заряда q и его скоростью (

vec upsilon). Проведем из точки, где находится заряд q в точку, в которой мы хотим вычислить индукцию (

vec B), радиус-вектор (

vec r). Обобщение результатов опытов показывает, что величина индукции определяется формулой

B = kq frac sin varphi) . (3)

r = |vec r|), φ — угол между векторами (

vec r), a k — постоянная, определяемая опытным путем и равная 10 -7 Н·с 2 /Кл 2 . Для интересующего нас случая φ = 90° и

B = kupsilon frac) . (3′)

vec B) определяется по правилу буравчика (правого винта): если вращать вектор (

vec upsilon) по направлению к вектору (

vec r) в той плоскости, в которой они оба лежат, и так, чтобы вращение происходило в направлении минимального утла между (

vec r), то вектор (

vec B) направлен перпендикулярно указанной плоскости и «смотрит» туда, куда «смотрел бы» ввинчиваемый буравчик (рис. 2).

В формулы (3) и (3′) входит в качестве множителя то же отношение (

frac), которое содержится и в выражении для напряженности электрического поля, создаваемого зарядом q в точке, где находится заряд q’. Это замечание позволяет нам установить связь между величинами В и Е. Учитывая (1), получаем

B = kupsilon frac = 4 pi varepsilon_0 k upsilon E) .

Обозначим еще (4 pi k = mu_0), тогда

B = varepsilon_0 mu_0 upsilon E) . (4)

Входящая в (4) величина μ носит название магнитной постоянной (по аналогии с электрической постоянной ε). Зная k, мы вычислим μ = 1,256·10 -6 Н·с 2 /Кл 2 .

Теперь, когда мы умеем вычислять магнитную индукцию В в точке, где находится заряд q’, можно определить и магнитную силу (силу Лоренца), действующую на заряд q’. В общем случае сила Лоренца

F_L = q’ upsilon’ B sin alpha) . (5)

Здесь α — угол между векторами (

vec B). Направление вектора (

vec F_L) определяется тоже по правилу правого буравчика (вектор (

vec upsilon) нужно поворачивать в направлении минимального угла к вектору (

vec B) в плоскости, в которой лежат оба этих вектора, вектор (

vec F_L) перпендикулярен этой плоскости).

В нашем случае угол α также равен 90°, и на заряд q’ действует сила

F_m = q’ upsilon’ B) .

Подставляя сюда В из (3′), получим

Электрическая сила, действующая между q и q’, определяется формулой (2). Предположим теперь еще, что q = q’, а (

vec upsilon = vec upsilon’). Тогда отношение

frac> = varepsilon_0 mu_0 upsilon^2) .

Зная определенные из опыта постоянные ε и μ, мы легко убедимся в том, что

Но стоящая в этой формуле справа величина есть квадрат скорости света! Это, конечно, не случайное совпадение. Обозначая скорость света буквой с, получим окончательно:

Это очень важные формулы. Формула (7) еще раз подтверждает существование глубокой связи электрических и магнитных явлений. Из формулы (8) мы можем сделать вывод, что отношение магнитных и электрических сил для многих практически интересных случаев оказывается малой величиной. Например, обычно направленная скорость электронов в металле при прохождении тока составляет десятые доли миллиметра в секунду. В таких случаях магнитное взаимодействие электронов примерно в 10 24 раз меньше их электрического взаимодействия. Стоит ли вообше считаться с магнитным взаимодействием движущихся зарядов? Оказывается, стоит и вот почему. Во всяком проводнике имеются в равном числе заряженные частицы обоих знаков. Поэтому проводники с током электрически практически нейтральны. Электрические силы в проводниках с огромной точностью скомпенсированы, а при их отсутствии даже очень малые магнитные силы оказываются существенными. В электрических моторах движущиеся в их обмотках электроны взаимодействуют именно магнитными силами. Именно за счет магнитных сил приводятся в движение двигатели.

Вспомним теперь, что в наших рассуждениях мы сделали допущение о «ие слишком больших скоростях». Теперь можно сказать, что мы имели в виду малость скоростей частиц по сравнению со скоростью света. Это было нужно нам для того, чтобы не возникло необходимости пользоваться более сложными (релятивистскими) формулами. Например, при скоростях заряженных частиц, близких к скорости света, уже нельзя записывать формулу для напряженности электрического поля в виде (1).

Так же, как и другие физические величины, например, скорости и ускорения частиц, силы, действующие на них, напряженность электрического поля и индукция магнитного поля зависят от того, в какой системе отсчета мы их рассматриваем (измеряем). Выше мы уже говорили, например, о том, что если магнитное поле существует в системе К, то из-этого еще не следует, что оно сохранится в системе К’. Система К’, которую мы рассматривали, двигалась со скоростью, равной скорости (

vec upsilon) интересовавшего нас заряда. И магнитное поле в системе К’ отсутствовало. В общем случае и вектор (

vec B) относительны, то есть зависят от того, в какой системе отсчета находится наблюдатель с приборами, измеряющими эти величины.

Для нас существенно то, что при скоростях, малых по сравнению со скоростью света, электрическое поле изменяется мало. Количественной характеристикой этой малости как раз и служит отношение (

Заметим, впрочем, что формула (8) оказывается справедливой и при скоростях, близких к скорости света. Поэтому для релятивистских частиц, движущихся со скоростью, лишь немногим меньшей скорости света, величины магнитных и электрических сил могут отличаться не очень сильно.

Подводя итог нашим вычислениям, еще раз подчеркнем, что для многих задач магнитное взаимодействие оказывается существенным, даже если оио мало по сравнению с электрическим.

Остановимся совсем кратко на других отличиях магнитного и электрического (электростатического) полей. Одно из этих отличий состоит в том, что линии действия электрических сил (силовые линии электростатического поля) имеют начало и конец. Они начинаются на положительных зарядах и кончаются на отрицательных. Работа при перемещении заряда между двумя фиксированными точками в электростатическом поле не зависит от формы и длины траектории, а работа, совершаемая при движении заряда по замкнутой траектории, равна нулю. Благодаря этому свойству электростатического поля каждая его точка характеризуется не только напряженностью, но и потенциалом.

Линии же магнитной индукции, в отличие от силовых линий электростатического поля, не имеют начала и конца. Они замкнуты и охватывают ток. Каждая точка магнитного поля характеризуется величиной магнитной индукции, но не потенциалом.

Сила, действующая на заряд в электростатическом поле, всегда направлена по касательной к силовым линиям. Если рассматривать в магнитном поле участки проводников с током или движущиеся заряженные частицы, то силы, действующие на них, направлены не по касательной к линиям индукции, а перпендикулярно к ним (сила Лоренца, закон Ампера). Сила в магнитном поле может вовсе не вызывать поступательного движения, а лишь поворот (рамка с током в однородном магнитном поле; движение заряда по окружности в плоскости, перпендикулярной однородному магнитному полю).

Все сказанное говорит о том, что электростатическое поле во многом не похоже на магнитное. Связь электрических и магнитных полей вовсе не означает, что между ними не существует различий.

Александра Бартош/ автор статьи

Приветствую! Я являюсь руководителем данного проекта и занимаюсь его наполнением. Здесь я стараюсь собирать и публиковать максимально полный и интересный контент на темы связанные с обзором различий между двумя похожими предметами или брендами. Уверена вы найдете для себя немало полезной информации. С уважением, Александра Бартош.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
DomKolgotok.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: