Điện trường và Từ trường: Sự khác biệt là gì?

Thuật ngữ «cánh đồng» trong tiếng Nga có nghĩa là một khu vực rất rộng lớn có thành phần thống nhất, ví dụ như lúa mì hoặc khoai tây.

Trong vật lý và kỹ thuật điện, nó được sử dụng để mô tả các loại vật chất khác nhau, ví dụ như điện từ, bao gồm các thành phần điện và từ.

Điện tích được liên kết với các dạng vật chất này. Khi đứng yên xung quanh nó luôn có điện trường, khi nó chuyển động cũng hình thành từ trường.

Ý tưởng của con người về bản chất của trường điện (chính xác hơn là tĩnh điện) được hình thành trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm về các tính chất của nó, vì vẫn chưa có phương pháp nghiên cứu nào khác. Với phương pháp này, người ta thấy rằng nó tác dụng lên các điện tích chuyển động và/hoặc đứng yên một lực nhất định. Bằng cách đo lường giá trị của nó, các đặc điểm hoạt động chính được đánh giá.

điện trường

hình thành:

• xung quanh các điện tích (cơ thể hoặc hạt);

• với những thay đổi trong từ trường, chẳng hạn như xảy ra trong quá trình chuyển động sóng điện từ. 

Nó được mô tả bằng các đường sức, thường được thể hiện là phát ra từ các điện tích dương và kết thúc ở các điện tích âm. Do đó, điện tích là nguồn của điện trường. Bằng cách hành động trên chúng, bạn có thể:

• xác định sự hiện diện của một trường;

• nhập một giá trị hiệu chuẩn để đo giá trị của nó.

Để sử dụng thực tế, đặc tính năng lượng được gọi là điện áp, được ước tính bằng tác động lên một lần sạc có dấu dương.

Từ trường

Hành động trên:

• điện tích và điện tích chuyển động với một nỗ lực nhất định;

• mô men từ mà không xét đến trạng thái chuyển động của chúng.

Từ trường được tạo ra:

• sự đi qua của một dòng hạt tích điện;

• bằng cách tổng hợp các khoảnh khắc từ tính của các electron bên trong nguyên tử hoặc các hạt khác;

• với một sự thay đổi tạm thời trong điện trường.

Nó cũng được mô tả bằng các đường sức, nhưng chúng được đóng dọc theo đường viền, chúng không có điểm đầu và điểm cuối, không giống như các đường sức điện.

Tương tác của điện trường và từ trường

Sự chứng minh lý thuyết và toán học đầu tiên của các quá trình diễn ra trong trường điện từ được thực hiện bởi James Clerk Maxwell. Ông đã trình bày một hệ phương trình dạng vi phân và tích phân, trong đó ông chỉ ra mối quan hệ của trường điện từ với điện tích và dòng điện chạy trong môi trường liên tục hoặc chân không.

Trong tác phẩm của mình, ông sử dụng các định luật:

• Ampe, mô tả dòng điện chạy qua dây dẫn và sự tạo ra cảm ứng từ xung quanh nó;

• Faraday, giải thích sự xuất hiện dòng điện do tác dụng của từ trường xoay chiều lên một dây dẫn kín.

Các công trình của Maxwell đã xác định mối quan hệ chính xác giữa các biểu hiện của điện trường và từ trường tùy thuộc vào các điện tích phân bố trong không gian.

Đã nhiều thời gian trôi qua kể từ khi xuất bản các tác phẩm của Maxwell. Các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu các biểu hiện của các sự kiện thực nghiệm giữa điện trường và từ trường, nhưng ngay cả bây giờ cũng khó xác định bản chất của chúng. Các kết quả được giới hạn trong các ứng dụng thực tế thuần túy của các hiện tượng đang được xem xét.

Điều này được giải thích là do với trình độ hiểu biết của mình, chúng ta chỉ có thể xây dựng các giả thuyết, vì hiện tại chúng ta chỉ có thể giả định một điều gì đó, xét cho cùng, thiên nhiên có những đặc tính vô tận vẫn cần được nghiên cứu nhiều và lâu dài.

Đặc điểm so sánh của điện trường và từ trường

Nguồn giáo dục

Mối quan hệ tương hỗ giữa các trường điện và từ giúp hiểu được một sự thật hiển nhiên: chúng không bị cô lập mà được kết nối với nhau, nhưng chúng có thể biểu hiện theo những cách khác nhau, đại diện cho một thực thể duy nhất - trường điện từ.

Nếu chúng ta tưởng tượng rằng một trường điện tích không đồng nhất được tạo ra từ không gian tại một điểm nào đó đứng yên so với bề mặt Trái đất, thì việc xác định từ trường xung quanh nó khi đứng yên sẽ không hoạt động.

Nếu người quan sát bắt đầu chuyển động so với điện tích này, thì trường sẽ bắt đầu thay đổi theo thời gian và thành phần điện sẽ hình thành từ tính, mà nhà nghiên cứu thường trực có thể nhìn thấy bằng dụng cụ đo của mình.

Tương tự, những hiện tượng này sẽ xảy ra khi một nam châm đứng yên được đặt trên một bề mặt nào đó, tạo ra từ trường. Khi người quan sát bắt đầu di chuyển về phía nó, anh ta sẽ phát hiện ra sự xuất hiện của dòng điện.Quá trình này mô tả hiện tượng cảm ứng điện từ.

Do đó, không có nghĩa gì nhiều khi nói rằng tại điểm được xét trong không gian chỉ tồn tại một trong hai trường: điện trường hoặc từ trường. Câu hỏi này phải được hỏi liên quan đến hệ quy chiếu:

• đứng im;

• Có thể di chuyển được.

Nói cách khác, hệ quy chiếu ảnh hưởng đến biểu hiện của điện trường và từ trường giống như việc xem phong cảnh thông qua các bộ lọc có màu sắc khác nhau. Sự thay đổi màu sắc của kính ảnh hưởng đến nhận thức của chúng ta về bức tranh tổng thể, nhưng ngay cả khi chúng ta lấy ánh sáng tự nhiên được tạo ra do ánh sáng mặt trời đi qua bầu khí quyển làm cơ sở, nó sẽ không mang lại bức tranh tổng thể chân thực. sẽ bóp méo nó.

Điều này có nghĩa là hệ quy chiếu là một trong những cách để nghiên cứu trường điện từ, giúp đánh giá các thuộc tính, cấu hình của nó. Nhưng điều đó không thực sự quan trọng.

Chỉ báo trường điện từ

điện trường

Các vật thể tích điện được sử dụng làm chỉ báo cho thấy sự hiện diện của trường tại một vị trí cụ thể trong không gian. Họ có thể sử dụng các mảnh giấy nhỏ, quả bóng, ống tay áo, "sultan" nhiễm điện để quan sát bộ phận mang điện.

Chúng ta hãy xem xét một ví dụ trong đó hai quả cầu chỉ thị được đặt lơ lửng tự do ở hai bên của một chất điện môi phẳng được nhiễm điện. Chúng sẽ bị hút vào bề mặt của nó như nhau và sẽ kéo dài thành một đường thẳng.

Trong giai đoạn thứ hai, chúng tôi đặt một tấm kim loại phẳng giữa một trong các quả bóng và một chất điện môi nhiễm điện. Điều này sẽ không thay đổi các lực tác động lên các chỉ số. Các quả bóng sẽ không thay đổi vị trí của chúng.

Giai đoạn thứ ba của thí nghiệm liên quan đến việc nối đất của tấm kim loại. Ngay khi điều này xảy ra, quả cầu chỉ báo nằm giữa chất điện môi nhiễm điện và kim loại nối đất sẽ thay đổi vị trí của nó, đổi hướng thành phương thẳng đứng. Nó sẽ không còn bị hút vào tấm và sẽ chỉ chịu tác dụng của lực hấp dẫn.

Kinh nghiệm này cho thấy rằng các tấm chắn kim loại nối đất ngăn chặn sự lan truyền của các đường sức điện trường.

Từ trường

Trong trường hợp này, các chỉ báo có thể là:

• mạt thép;

• một vòng kín có dòng điện chạy qua;

• kim nam châm (ví dụ la bàn).

Nguyên tắc phân bố phoi thép dọc theo đường sức từ là phổ biến nhất. Nó cũng được bao gồm trong hoạt động của kim từ tính, để giảm lực cản của lực ma sát, được cố định trên một đầu nhọn và do đó nhận được thêm sự tự do quay.

Các định luật mô tả tương tác của trường với các vật mang điện

điện trường

Công trình thí nghiệm của Coulomb, được thực hiện với các điện tích điểm treo trên một sợi thạch anh mỏng và dài, giúp làm rõ bức tranh về các quá trình diễn ra trong điện trường.

Khi một quả bóng tích điện được đưa đến gần chúng, quả bóng sau sẽ ảnh hưởng đến vị trí của chúng, buộc chúng phải lệch một lượng nhất định. Giá trị này được cố định trên mặt số tỷ lệ của một thiết bị được thiết kế đặc biệt.

Theo cách này, các lực tác dụng lẫn nhau giữa các điện tích, cái gọi là tương tác điện, Coulomb… Chúng được mô tả bằng các công thức toán học cho phép tính toán sơ bộ các thiết bị được thiết kế.

Từ trường

Nó hoạt động tốt ở đây Định luật Ampe dựa trên sự tương tác của một dây dẫn mang dòng điện đặt bên trong các đường sức từ.

Một quy tắc sử dụng cách sắp xếp các ngón tay của bàn tay trái áp dụng cho hướng của lực tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Bốn ngón tay nối với nhau phải được định vị theo hướng của dòng điện và các đường sức của từ trường phải đi vào lòng bàn tay. Sau đó, ngón tay cái nhô ra sẽ chỉ hướng của lực mong muốn.

Đồ họa chuyến bay

Các đường lực được sử dụng để biểu thị chúng trong mặt phẳng của bản vẽ.

điện trường

Để biểu thị các đường ứng suất trong tình huống này, một trường thế được sử dụng khi có mặt các điện tích đứng yên. Đường sức đi ra khỏi điện tích dương và đi về phía điện tích âm.

Một ví dụ về mô hình điện trường là một biến thể của việc đặt các tinh thể quinin trong dầu. Một phương pháp hiện đại hơn là sử dụng các chương trình máy tính của các nhà thiết kế đồ họa.

Chúng cho phép bạn tạo hình ảnh của các bề mặt đẳng thế, ước tính giá trị bằng số của điện trường và phân tích các tình huống khác nhau.

Từ trường

Để hiển thị rõ ràng hơn, họ sử dụng các đường đặc trưng của trường xoáy khi đóng bởi một vòng lặp. Ví dụ trên với các tập tin thép minh họa rõ ràng hiện tượng này.

đặc tính năng lượng

Người ta thường biểu diễn chúng dưới dạng các đại lượng vectơ có:

• một quá trình hành động nhất định;

• giá trị lực tính theo công thức tương ứng.

điện trường

Vectơ cường độ điện trường tại một điện tích đơn vị có thể được biểu diễn dưới dạng hình ảnh ba chiều.

Độ lớn của nó:

• hướng ra khỏi tâm điện tích;

• có thứ nguyên phụ thuộc vào phương pháp tính toán;

• được xác định bởi tác dụng không tiếp xúc, nghĩa là ở khoảng cách xa, là tỷ số của lực tác dụng với điện tích.

Từ trường

Điện áp phát sinh trong cuộn dây có thể được xem như một ví dụ trong hình dưới đây.

Các đường sức từ trong nó từ mỗi vòng ra ngoài có cùng hướng và cộng lại. Bên trong không gian lần lượt, chúng được hướng ngược lại. Vì điều này, lĩnh vực nội bộ bị suy yếu.

Độ lớn của điện áp bị ảnh hưởng bởi:

• cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây;

• số lượng và mật độ của cuộn dây, xác định chiều dài trục của cuộn dây.

Dòng điện cao hơn làm tăng lực từ. Ngoài ra, ở hai cuộn dây có cùng số vòng dây nhưng mật độ vòng dây khác nhau, khi có cùng dòng điện chạy qua, lực này sẽ lớn hơn khi các vòng dây gần nhau hơn.

Do đó, điện trường và từ trường có những điểm khác biệt nhất định, nhưng chúng là những thành phần liên kết với nhau của một thứ chung, đó là điện từ.