المجال الكهربائي والمغناطيسي: ما الفرق؟

يعني مصطلح "حقل" في اللغة الروسية مساحة كبيرة جدًا ذات تكوين موحد ، على سبيل المثال القمح أو البطاطس.

في الفيزياء والهندسة الكهربائية ، يتم استخدامه لوصف أنواع مختلفة من المواد ، على سبيل المثال الكهرومغناطيسية ، التي تتكون من مكونات كهربائية ومغناطيسية.

ترتبط الشحنة الكهربائية بهذه الأشكال من المادة. عندما يكون ثابتًا ، يوجد دائمًا حوله مجال كهربائي ، وعندما يتحرك ، يتشكل أيضًا مجال مغناطيسي.

تتشكل فكرة الإنسان عن طبيعة المجال الكهربائي (بتعبير أدق ، الكهروستاتيكي) على أساس الدراسات التجريبية لخصائصه ، حيث لا توجد حتى الآن طريقة أخرى للبحث. بهذه الطريقة ، وجد أنها تعمل على تحريك و / أو شحنات كهربائية ثابتة بقوة معينة. من خلال قياس قيمتها ، يتم تقييم الخصائص التشغيلية الرئيسية.

الحقل الكهربائي

مُشكَّل:

• حول الشحنات الكهربائية (الأجسام أو الجزيئات) ؛

• مع التغيرات في المجال المغناطيسي ، مثل التي تحدث أثناء الحركة موجات كهرومغناطيسية. 

يتم تصويره بخطوط القوة ، والتي تظهر عادةً على أنها ناشئة عن الشحنات الإيجابية وتنتهي في الشحنات السلبية. وبالتالي ، فإن الشحنات هي مصادر المجال الكهربائي. من خلال العمل عليها يمكنك:

• تحديد وجود مجال.

• أدخل قيمة معايرة لقياس قيمتها.

للاستخدام العملي ، تُعرف خاصية الطاقة باسم الجهد ، والتي يتم تقديرها من خلال العمل على شحنة واحدة بعلامة موجبة.

حقل مغناطيسي

يعمل على:

• الأجسام الكهربائية والشحنات المتحركة بجهد محدد ؛

• اللحظات المغناطيسية دون النظر إلى حالات حركتها.

يتم إنشاء المجال المغناطيسي:

• مرور تيار من الجسيمات المشحونة ؛

• بتجميع اللحظات المغناطيسية للإلكترونات داخل الذرات أو الجسيمات الأخرى ؛

• مع تغيير مؤقت في المجال الكهربائي.

كما تم تصويرها بخطوط القوة ، لكنها مغلقة على طول الكفاف ، وليس لها بداية ونهاية ، على عكس الكهربائية.

تفاعل المجالات الكهربائية والمغناطيسية

تم تنفيذ التبرير النظري والرياضي الأول للعمليات التي تحدث في المجال الكهرومغناطيسي بواسطة جيمس كليرك ماكسويل. قدم نظام معادلات للصيغ التفاضلية والتكاملية أظهر فيه علاقة المجال الكهرومغناطيسي بالشحنات والتيارات الكهربائية المتدفقة في وسط مستمر أو فراغ.

يستخدم في عمله القوانين:

• أمبير ، يصف تدفق التيار عبر سلك وإنشاء الحث المغناطيسي حوله ؛

• فاراداي ، موضحًا حدوث تيار كهربائي من عمل مجال مغناطيسي متناوب على موصل مغلق.

حددت أعمال ماكسويل العلاقات الدقيقة بين مظاهر المجالات الكهربائية والمغناطيسية اعتمادًا على الشحنات الموزعة في الفضاء.

لقد مر وقت طويل منذ نشر أعمال ماكسويل. يدرس العلماء باستمرار مظاهر الحقائق التجريبية بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، ولكن حتى الآن من الصعب إثبات طبيعتها. تقتصر النتائج على التطبيقات العملية البحتة للظواهر قيد النظر.

وهذا ما يفسره حقيقة أنه بمستوى معرفتنا يمكننا فقط بناء الفرضيات ، لأنه في الوقت الحالي لا يمكننا أن نفترض إلا شيئًا ما. بعد كل شيء ، الطبيعة لها خصائص لا تنضب لا تزال بحاجة إلى دراستها كثيرًا ولفترة طويلة.

الخصائص المقارنة للمجالات الكهربائية والمغناطيسية

مصادر التعليم

تساعد العلاقة المتبادلة بين مجالات الكهرباء والمغناطيسية على فهم الحقيقة الواضحة: إنهما ليسا منعزلين ، بل متصلين ، لكنهما يمكن أن يتجلىان بطرق مختلفة ، ويمثلان كيانًا واحدًا - مجال كهرومغناطيسي.

إذا تخيلنا أن مجالًا غير متجانس من الشحنة الكهربائية يتم إنشاؤه من الفضاء في نقطة ما ، وهو ثابت بالنسبة لسطح الأرض ، فلن يعمل عندئذٍ تحديد المجال المغناطيسي المحيط به في حالة السكون.

إذا بدأ المراقب في التحرك بالنسبة لهذه الشحنة ، فسيبدأ الحقل في التغير بمرور الوقت ، وسيشكل المكون الكهربائي بالفعل عنصرًا مغناطيسيًا ، والذي يمكن للباحث الدائم رؤيته باستخدام أدوات القياس الخاصة به.

وبالمثل ، ستحدث هذه الظواهر عندما يوضع مغناطيس ثابت على سطح ما ، مكونًا مجالًا مغناطيسيًا. عندما يبدأ المراقب في التحرك نحوه ، سوف يكتشف ظهور التيار الكهربائي.تصف هذه العملية ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

لذلك ، ليس من المنطقي أن نقول إنه في النقطة المدروسة في الفضاء يوجد مجال واحد فقط من مجالين: كهربائي أو مغناطيسي. يجب طرح هذا السؤال فيما يتعلق بالإطار المرجعي:

• ثابت؛

• متحرك.

بمعنى آخر ، يؤثر الإطار المرجعي على تجليات المجالات الكهربائية والمغناطيسية بنفس طريقة عرض المناظر الطبيعية من خلال مرشحات ذات ألوان مختلفة. يؤثر التغيير في لون الزجاج على إدراكنا للصورة الكلية ، ولكن حتى لو أخذنا الضوء الطبيعي الناتج عن مرور ضوء الشمس عبر الغلاف الجوي كأساس ، فلن يعطي الصورة الحقيقية ككل ، سوف يشوهها.

هذا يعني أن الإطار المرجعي هو أحد طرق دراسة المجال الكهرومغناطيسي ، فهو يجعل من الممكن تقييم خصائصه وتكوينه. لكن هذا لا يهم حقًا.

مؤشرات المجال الكهرومغناطيسي

الحقل الكهربائي

تُستخدم الأجسام المشحونة كهربائيًا كمؤشرات توضح وجود حقل في موقع معين في الفضاء. يمكنهم استخدام قطع صغيرة مكهربة من الورق والكرات والأكمام و "السلاطين" لمراقبة المكونات الكهربائية.

دعونا نفكر في مثال حيث يتم وضع كرتين من المؤشرات في تعليق مجاني على جانبي عازل كهربائي مسطح. سوف تنجذب بالتساوي إلى سطحها وسوف تمتد في خط.

في المرحلة الثانية ، نضع صفيحة معدنية مسطحة بين إحدى الكرات وعازل كهربائي. هذا لن يغير القوى المؤثرة على المؤشرات. الكرات لن تغير موقعها.

تتعلق المرحلة الثالثة من التجربة بتأريض الصفيحة المعدنية. بمجرد حدوث ذلك ، فإن كرة المؤشر الموجودة بين العازل الكهربائي والمعدن المؤرض ستغير موضعها ، وتغير اتجاهها إلى الاتجاه الرأسي. سيتوقف عن الانجذاب إلى اللوحة ولن يخضع إلا لقوى الجاذبية.

تظهر هذه التجربة أن الدروع المعدنية المؤرضة تمنع انتشار خطوط المجال الكهربائي.

حقل مغناطيسي

في هذه الحالة ، يمكن أن تكون المؤشرات:

• برادة الصلب

• حلقة مغلقة يتدفق من خلالها تيار كهربائي ؛

• إبرة مغناطيسية (مثال البوصلة).

يعتبر مبدأ توزيع نشارة الصلب على طول خطوط القوة المغناطيسية هو الأكثر انتشارًا. يتم تضمينه أيضًا في تشغيل الإبرة المغناطيسية ، والتي من أجل تقليل معارضة قوى الاحتكاك ، يتم تثبيتها على نقطة حادة وبالتالي تحصل على حرية دوران إضافية.

القوانين التي تصف تفاعلات المجالات مع الهيئات المشحونة

المجالات الكهربائية

عمل كولوم التجريبي ، الذي تم تنفيذه بشحنات نقطية معلقة على خيط رفيع وطويل من الكوارتز ، ساعد في توضيح صورة العمليات التي تحدث في المجالات الكهربائية.

عندما تم إحضار كرة مشحونة بالقرب منهم ، أثر هذا الأخير على موقعهم ، مما أجبرهم على الانحراف بمقدار معين. يتم إصلاح هذه القيمة على قرص المقياس لجهاز مصمم خصيصًا.

وبهذه الطريقة ، فإن قوى العمل المتبادل بين الشحنات الكهربائية تسمى كهربائي ، تفاعل كولوم... يتم وصفها بواسطة الصيغ الرياضية التي تسمح بإجراء حسابات أولية للأجهزة المصممة.

المجالات المغناطيسية

إنه يعمل بشكل جيد هنا قانون امبير بناءً على تفاعل الموصل الحامل للتيار الموجود داخل خطوط القوة المغناطيسية.

تنطبق القاعدة التي تستخدم ترتيب أصابع اليد اليسرى على اتجاه القوة المؤثرة على السلك الحامل للتيار. يجب وضع الأصابع الأربعة المرتبطة ببعضها في اتجاه التيار ، ويجب أن تدخل خطوط قوة المجال المغناطيسي راحة اليد. ثم سيشير الإبهام البارز إلى اتجاه القوة المطلوبة.

رسومات الرحلة

تُستخدم خطوط القوة للإشارة إليها في مستوى الرسم.

المجالات الكهربائية

للإشارة إلى خطوط الضغط في هذه الحالة ، يتم استخدام مجال محتمل عند وجود شحنات ثابتة. خط القوة يخرج من الشحنة الموجبة وينتقل إلى السالب.

مثال على نمذجة المجال الكهربائي هو أحد أشكال وضع بلورات الكينين في الزيت. طريقة أكثر حداثة هي استخدام برامج الكمبيوتر لمصممي الجرافيك.

إنها تسمح لك بإنشاء صور لأسطح متساوية الجهد ، وتقدير القيمة العددية للمجال الكهربائي وتحليل المواقف المختلفة.

المجالات المغناطيسية

لمزيد من وضوح العرض ، يستخدمون خطوطًا مميزة لحقل دوامة عند إغلاقها بواسطة حلقة. يوضح المثال أعلاه مع ملفات الصلب هذه الظاهرة بوضوح.

خصائص القوة

من المعتاد التعبير عنها ككميات متجهة لها:

• مسار معين للعمل ؛

• قيمة القوة المحسوبة بالصيغة المقابلة.

المجالات الكهربائية

يمكن تمثيل متجه شدة المجال الكهربائي عند شحنة وحدة على شكل صورة ثلاثية الأبعاد.

حجمها:

• موجه بعيدًا عن مركز الشحن ؛

• له بعد يعتمد على طريقة الحساب ؛

• يتم تحديده من خلال إجراء عدم الاتصال ، أي على مسافة ، كنسبة القوة المؤثرة إلى الشحنة.

المجالات المغناطيسية

يمكن رؤية الجهد الناتج في الملف كمثال في الصورة التالية.

خطوط القوة المغناطيسية الموجودة فيه من كل منعطف بالخارج لها نفس الاتجاه وتجمع. داخل مساحة الدوران ، يتم توجيههم بشكل معاكس. وبسبب هذا ، فإن المجال الداخلي يضعف.

يتأثر حجم الجهد بما يلي:

• قوة التيار الذي يمر عبر الملف ؛

• عدد وكثافة اللفات التي تحدد الطول المحوري للملف.

تزيد التيارات العالية من القوة الدافعة المغناطيسية. أيضًا ، في ملفين لهما نفس العدد من المنعطفات ولكن كثافات متعرجة مختلفة ، عندما يتدفق التيار نفسه ، ستكون هذه القوة أعلى حيث تكون المنعطفات أقرب.

وبالتالي ، فإن المجالين الكهربائي والمغناطيسي لهما اختلافات محددة ، لكنهما مكونان مترابطان لشيء واحد مشترك ، كهرومغناطيسي.