مجالات الجسيمات المشحونة والمجالات الكهرومغناطيسية والكهرباء الساكنة ومكوناتها
الجسيمات والحقول نوعان من المادة. السمة المميزة لتفاعل الجسيمات هي أنه لا يحدث في اتصالهم المباشر ، ولكن على مسافة معينة بينهم.
ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الجسيمات مرتبطة بالمجال الذي يحيط بها ويحدد التفاعل بينها. وهكذا ، تتفاعل الجسيمات من خلال مجالاتها.
الحقول موزعة في الفضاء ، على عكس الجسيمات المنفصلة ، بشكل مستمر. بعض التفاعلات مزدوجة في طبيعتها. لذلك ، على سبيل المثال ، يتم اكتشاف مجال كهرومغناطيسي ينتشر عبر الفضاء على شكل موجات في وقت واحد في شكل جسيمات منفصلة - فوتونات.
في الطبيعة ، توجد مجالات مختلفة: الجاذبية (الجاذبية) ، المغناطيسية الساكنة ، الكهروستاتيكية ، النووية ، إلخ. يتميز كل حقل بخصائص مميزة ومتأصلة.
بين نوعين من المادة - الجسيمات والمجالات - هناك ارتباط داخلي يتجلى بشكل أساسي في حقيقة أن أي تغيير في حالة الجسيمات ينعكس مباشرة في المجال (وعلى العكس من ذلك ، فإن أي تغيير في المجال يؤثر على الجسيمات ) ، وكذلك في وجود الخصائص العامة: الكتلة أو الطاقة أو الزخم أو الزخم ، إلخ.
أيضا ، يمكن للجسيمات أن تتحول إلى مجال ، والحقل إلى نفس الجسيمات. كل هذا يدل على أن المادة والحقل نوعان من المادة.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك فرق بين المجالات والجسيمات ، مما يسمح لنا بالنظر إليها على أنها أنواع مختلفة من المادة.
يتمثل هذا الاختلاف في حقيقة أن الجسيمات الأولية منفصلة وتشغل حجمًا معينًا ، فهي منيعة على الجسيمات الأخرى: لا يمكن أن تشغل نفس الحجم أجسام وجسيمات مختلفة. الحقول متصلة ولديها نفاذية عالية: يمكن أن توجد حقول من أنواع مختلفة في نفس الوقت في نفس الحجم من الفضاء.
يمكن للجسيمات والأجسام أن تتحرك في الفضاء تحت تأثير القوى الخارجية ، متسارعة أو متباطئة ، أي أن سرعة حركة الجسيمات في الفضاء يمكن أن تكون مختلفة. تنتشر الحقول عبر الفضاء بنفس السرعة ، على سبيل المثال في الفراغ - بسرعة تساوي سرعة الضوء.
نظرًا لأن الجسيمات والحقول ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض وتشكل كلًا ، فمن المستحيل إنشاء حدود دقيقة بين الجسيم ومجاله في الفضاء.
ومع ذلك ، من الممكن تحديد منطقة صغيرة جدًا من الفضاء تظهر فيها خصائص الجسيم المنفصل. بهذا المعنى ، من الممكن بشكل مشروط تحديد الأبعاد الجسيمات الأولية... في الفضاء خارج المنطقة المحددة ، يمكن افتراض أن هناك مجالًا فقط مرتبطًا بجسيم أولي.
المجال الكهرومغناطيسي ومكوناته
في الهندسة الكهربائية ، يعتبر المجال ناتجًا عن حركة الجسيمات الحاملة الشحنات الكهربائية... يسمى هذا المجال الكهرومغناطيسي. تسمى الظواهر المرتبطة بانتشار هذا المجال بالظواهر الكهرومغناطيسية.
تتفاعل الإلكترونات التي تدور في ذرة حول النواة مع البروتونات من خلال مجال كهربائي ، بينما تكون حركتها في نفس الوقت مكافئة للتيار الكهربائي ، والذي ، كما تظهر التجربة ، يرتبط دائمًا بوجود مجال مغناطيسي.
لذلك ، فإن المجال الذي تتفاعل من خلاله الجسيمات الأولية للذرة مع بعضها البعض ، أي المجال الكهرومغناطيسي ، يتكون من مجالين: كهربائي ومغناطيسي. هذه الحقول مترابطة ولا تنفصل عن بعضها البعض.
خارجياً ، يظهر المجال الكهرومغناطيسي تحت الفحص العياني في بعض الحالات في شكل حقل ثابت ، وفي حالات أخرى في شكل مجال متناوب.
في الحالة الثابتة لذرات مادة معينة ، يكون كل من المجال الكهربائي (في هذه الحالة يرتبط الحقل في الذرات تمامًا بشحنات متساوية لعلامات مختلفة) والمجال المغناطيسي (بسبب الاتجاه الفوضوي لمدارات الإلكترون) في لم يتم الكشف عن الفضاء الخارجي.
ومع ذلك ، إذا كان التوازن في الذرة مضطربًا (يتم تشكيل أيون ، يتم فرض الحركة الموجهة على حركة فوضوية ، ويتم توجيه التيارات الأولية للمواد المغناطيسية في اتجاه واحد ، وما إلى ذلك) ، عندئذٍ يمكن اكتشاف المجال خارج هذه المادة.بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم الحفاظ على الحالة المحددة دون تغيير ، فإن خصائص الحقل لها قيمة ثابتة بمرور الوقت. يسمى هذا المجال بالحقل الثابت.
يحدث المجال الثابت أثناء الفحص العياني في عدد من الحالات في شكل مكون واحد فقط: إما في شكل مجال كهربائي (على سبيل المثال ، مجال الأجسام المشحونة الثابتة) ، أو في شكل مجال مغناطيسي (لـ على سبيل المثال ، مجال المغناطيس الدائم).
لا يمكن فصل مكونات المجال الكهرومغناطيسي الثابت عن تحريك الجسيمات المشحونة: يرتبط المكون الكهربائي بالشحنات الكهربائية ، ويرافق المكون المغناطيسي (يحيط) الجسيمات المشحونة المتحركة.
يتشكل المجال الكهرومغناطيسي المتغير نتيجة للحركة المتغيرة أو المتذبذبة للجسيمات المشحونة أو الأنظمة أو مكونات الحقول الثابتة. من سمات هذا المجال عالي التردد أنه بعد ظهوره (بعد انبعاثه من المصدر) ، يتم فصله عن المصدر ويدخل البيئة في شكل موجات.
المكون الكهربائي لهذا المجال موجود في حالة حرة ، ومنفصل عن جزيئات المادة وله طابع دوامة. نفس المجال هو المكون المغناطيسي: إنه موجود أيضًا في حالة حرة ، غير مرتبط بالشحنات المتحركة (أو التيار الكهربائي). ومع ذلك ، يمثل كلا الحقلين كلًا لا ينفصل ويتحولان باستمرار في عملية الحركة في الفضاء إلى بعضهما البعض.
يتم الكشف عن المجال الكهرومغناطيسي المتغير من خلال التأثير على الجسيمات والأنظمة الموجودة في مسار انتشاره ، والتي يمكن ضبطها في حركة متذبذبة ، وكذلك عن طريق الأجهزة التي تحول طاقة المجال الكهرومغناطيسي إلى طاقة من نوع آخر. (على سبيل المثال ، حراري).
حالة خاصة هي عمل هذا المجال على الأعضاء المرئية للكائنات الحية (الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية).
مكونات المجال الكهرومغناطيسي - المجالات الكهربائية والمغناطيسية تم اكتشافها ودراستها قبل المجال الكهرومغناطيسي ، وبصورة مستقلة عن بعضها البعض: ثم لم يتم اكتشاف أي اتصال بينهما. أدى ذلك إلى حقيقة أن كلا المنطقتين تعتبران مستقلين.
تُظهر الاعتبارات النظرية ، التي تم تأكيدها بالتجربة ، أن هناك ارتباطًا لا ينفصم بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وأي ظاهرة كهربائية أو مغناطيسية تتحول دائمًا إلى كهرومغناطيسية.
أنظر أيضا: المجال الكهربائي والمغناطيسي: ما الفرق؟
مجال الكهرباء الساكنة
يتم اكتشاف مجال كهربائي فقط في فراغ أو وسط عازل حول أجسام معزولة ثابتة بالنسبة إلى المراقب مع وجود فائض غير متغير في المكان والزمان (بالمعنى العياني) الشحنات الكهربائية لنفس العلامة التي تم الحصول عليها أثناء تأين الذرات ( نتيجة نظرة الكهربة - كهربة الهيئات ، تفاعل الشحناتيسمى هذا المجال بالكهرباء الساكنة.
المجال الكهروستاتيكي هو نوع من المجال الكهربائي الثابت ويختلف عنه في أن الجسيمات الأولية المشحونة التي تسبب المجال الكهروستاتيكي تكون فقط في حركة فوضوية ، بينما يتم تحديد المجال الثابت بالحركة الموجهة للإلكترونات المتراكبة على الحركة الفوضوية.
في هذا المجال ، يعود ثبات الخصائص إلى الاستنساخ المستمر لتوزيع الشحنات في المجال (عملية التوازن).
في المجال الكهروستاتيكي ، يُنظر إلى العمل العام لعدد كبير من الجسيمات المشحونة بشكل فريد في حركة فوضوية مستمرة في اتجاهات مختلفة خارج جسم مشحون كحقل بشحنة كهربائية تحمل نفس العلامة ولا تتغير بمرور الوقت.
يتم تحييد تأثير المكون المغناطيسي في المجال الإلكتروستاتيكي بشكل متبادل بسبب الحركة الفوضوية لحاملات الشحنات في الفضاء الخارجي وبالتالي لا يتم اكتشافه.
السمة المميزة للمجال الإلكتروستاتيكي هي وجود أجسام المنبع والصرف ، والتي تُعطى شحنات زائدة من علامات مختلفة (الأجسام التي يبدو أن هذا الحقل يتدفق منها ويتدفق إليها).
لا ينفصل المجال الكهروستاتيكي والأجسام المكهربة ، وهي مصادر وأحواض المجال ، عن بعضها البعض ، وتمثل كيانًا ماديًا واحدًا.
في هذا ، يختلف المجال الكهروستاتيكي عن المكون الكهربائي للحقل الكهرومغناطيسي المتناوب ، والذي ، الموجود في حالة حرة ، له طابع دوامة ، وليس له مصدر واستنزاف.
لا يتم إنفاق أي طاقة للحفاظ على هذه الحالة من المجال الكهروستاتيكي. يكون ضروريًا فقط عند إنشاء هذا المجال (يتطلب الأمر طاقة لإصدار مجال كهرومغناطيسي باستمرار).
يمكن اكتشاف المجال الكهروستاتيكي بواسطة القوة الميكانيكية التي تعمل على أجسام مشحونة ثابتة موضوعة في هذا المجال ، وكذلك عن طريق تحفيز أو توجيه الشحنات الكهروستاتيكية على أجسام معدنية ثابتة وعن طريق استقطاب الأجسام العازلة الثابتة الموضوعة في هذا المجال.
أنظر أيضا: