Elektrisches und magnetisches Feld: Was sind die Unterschiede?

Der Begriff „Feld“ bezeichnet im Russischen eine sehr große Fläche mit einheitlicher Zusammensetzung, zum Beispiel Weizen oder Kartoffeln.

In der Physik und Elektrotechnik werden damit verschiedene Arten von Materie beschrieben, zum Beispiel elektromagnetische, bestehend aus elektrischen und magnetischen Komponenten.

Mit diesen Materieformen ist elektrische Ladung verbunden. Wenn es stationär ist, herrscht um es herum immer ein elektrisches Feld, und wenn es sich bewegt, bildet sich auch ein magnetisches Feld.

Die Vorstellung des Menschen über die Natur des elektrischen (genauer gesagt elektrostatischen) Feldes entsteht auf der Grundlage experimenteller Untersuchungen seiner Eigenschaften, da es noch keine andere Forschungsmethode gibt. Bei dieser Methode wurde festgestellt, dass sie mit einer bestimmten Kraft auf bewegte und/oder stationäre elektrische Ladungen einwirkt. Durch die Messung seines Wertes werden die wichtigsten Betriebseigenschaften bewertet.

Elektrisches Feld

Gegründet:

• um elektrische Ladungen (Körper oder Teilchen);

• bei Veränderungen des Magnetfeldes, wie sie beispielsweise bei Bewegung auftreten Elektromagnetische Wellen. 

Es wird mit Kraftlinien dargestellt, die normalerweise von positiven Ladungen ausgehen und in negativen enden. Ladungen sind somit Quellen elektrischer Felder. Indem Sie entsprechend handeln, können Sie:

• Identifizieren des Vorhandenseins eines Feldes;

• Geben Sie einen kalibrierten Wert ein, um seinen Wert zu messen.

Für den praktischen Gebrauch ist die Leistungscharakteristik die sogenannte Spannung, die durch die Einwirkung auf eine einzelne Ladung mit positivem Vorzeichen geschätzt wird.

Magnetfeld

Wirkt auf:

• elektrische Körper und Ladungen, die sich mit einer bestimmten Anstrengung bewegen;

• magnetische Momente ohne Berücksichtigung der Zustände ihrer Bewegung.

Das Magnetfeld entsteht:

• der Durchgang eines Stroms geladener Teilchen;

• durch Summieren der magnetischen Momente von Elektronen in Atomen oder anderen Teilchen;

• mit einer vorübergehenden Änderung des elektrischen Feldes.

Es wird auch mit Kraftlinien dargestellt, die jedoch entlang der Kontur geschlossen sind und im Gegensatz zu elektrischen Linien keinen Anfang und kein Ende haben.

Wechselwirkung elektrischer und magnetischer Felder

Die erste theoretische und mathematische Begründung der im elektromagnetischen Feld ablaufenden Prozesse erfolgte durch James Clerk Maxwell. Er stellte ein Gleichungssystem mit Differential- und Integralgleichungen vor, in dem er die Beziehung des elektromagnetischen Feldes zu elektrischen Ladungen und Strömen zeigte, die in kontinuierlichen Medien oder Vakuum fließen.

In seiner Arbeit verwendet er die Gesetze:

• Ampere, beschreibt den Stromfluss durch einen Draht und die Entstehung magnetischer Induktion um ihn herum;

• Faraday erklärt die Entstehung eines elektrischen Stroms durch die Einwirkung eines magnetischen Wechselfelds auf einen geschlossenen Leiter.

Maxwells Arbeiten ermittelten die genauen Beziehungen zwischen den Erscheinungsformen elektrischer und magnetischer Felder in Abhängigkeit von den im Raum verteilten Ladungen.

Seit der Veröffentlichung von Maxwells Werken ist viel Zeit vergangen. Wissenschaftler untersuchen ständig die Erscheinungsformen experimenteller Fakten zwischen elektrischen und magnetischen Feldern, aber selbst jetzt ist es schwierig, deren Natur festzustellen. Die Ergebnisse beschränken sich auf rein praktische Anwendungen der betrachteten Phänomene.

Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass wir mit unserem Wissensstand nur Hypothesen aufstellen können, da wir vorerst nur etwas vermuten können. Schließlich verfügt die Natur über unerschöpfliche Eigenschaften, die noch viel und lange erforscht werden müssen.

Vergleichende Eigenschaften elektrischer und magnetischer Felder

Bildungsquellen

Die gegenseitige Beziehung zwischen den Feldern Elektrizität und Magnetismus hilft, die offensichtliche Tatsache zu verstehen: Sie sind nicht isoliert, sondern miteinander verbunden, können sich aber auf unterschiedliche Weise manifestieren und eine einzige Einheit darstellen – ein elektromagnetisches Feld.

Wenn wir uns vorstellen, dass aus dem Weltraum an einem Punkt, der relativ zur Erdoberfläche stationär ist, ein inhomogenes Feld elektrischer Ladung entsteht, dann wird es nicht funktionieren, das magnetische Feld um ihn herum im Ruhezustand zu bestimmen.

Beginnt der Beobachter, sich relativ zu dieser Ladung zu bewegen, beginnt sich das Feld mit der Zeit zu verändern und aus der elektrischen Komponente wird bereits eine magnetische, was der Dauerforscher mit seinen Messgeräten sehen kann.

In ähnlicher Weise treten diese Phänomene auf, wenn ein stationärer Magnet auf einer Oberfläche platziert wird und ein Magnetfeld erzeugt. Wenn der Beobachter beginnt, sich darauf zu bewegen, erkennt er das Auftreten eines elektrischen Stroms.Dieser Vorgang beschreibt das Phänomen der elektromagnetischen Induktion.

Daher macht es wenig Sinn zu sagen, dass es am betrachteten Punkt im Raum nur eines von zwei Feldern gibt: elektrisches oder magnetisches. Diese Frage muss in Bezug auf den Bezugsrahmen gestellt werden:

• stationär;

• Beweglich.

Mit anderen Worten: Der Bezugsrahmen beeinflusst die Manifestation elektrischer und magnetischer Felder auf die gleiche Weise wie die Betrachtung von Landschaften durch Filter unterschiedlicher Farbtöne. Die Veränderung der Glasfarbe beeinflusst unsere Wahrnehmung des Gesamtbildes, aber selbst wenn wir das natürliche Licht, das durch den Durchgang des Sonnenlichts durch die Luftatmosphäre entsteht, als Grundlage nehmen, wird es nicht das wahre Gesamtbild ergeben wird es verzerren.

Dies bedeutet, dass der Referenzrahmen eine der Möglichkeiten zur Untersuchung des elektromagnetischen Feldes ist und die Beurteilung seiner Eigenschaften und Konfiguration ermöglicht. Aber das ist eigentlich egal.

Indikatoren für elektromagnetische Felder

Elektrisches Feld

Elektrisch geladene Körper dienen als Indikatoren für das Vorhandensein eines Feldes an einem bestimmten Ort im Raum. Sie können elektrifizierte kleine Papierstücke, Kugeln, Ärmel oder „Sultane“ verwenden, um die elektrische Komponente zu beobachten.

Betrachten wir ein Beispiel, bei dem zwei Indikatorkugeln frei schwebend auf beiden Seiten eines flachen, elektrifizierten Dielektrikums platziert sind. Sie werden gleichermaßen von der Oberfläche angezogen und erstrecken sich in einer Linie.

Im zweiten Schritt platzieren wir eine flache Metallplatte zwischen einer der Kugeln und einem elektrifizierten Dielektrikum. Die auf die Indikatoren wirkenden Kräfte werden dadurch nicht verändert. Die Kugeln verändern ihre Position nicht.

Die dritte Stufe des Experiments bezieht sich auf die Erdung des Metallblechs. Sobald dies geschieht, ändert die Anzeigekugel, die sich zwischen dem elektrifizierten Dielektrikum und dem geerdeten Metall befindet, ihre Position und ändert ihre Richtung in die Vertikale. Es wird nicht mehr von der Platte angezogen und unterliegt nur noch den Gravitationskräften der Schwerkraft.

Diese Erfahrung zeigt, dass geerdete Metallschirme die Ausbreitung elektrischer Feldlinien blockieren.

Magnetfeld

In diesem Fall können die Indikatoren sein:

• Stahlspäne;

• ein geschlossener Kreislauf, durch den ein elektrischer Strom fließt;

• Magnetnadel (Beispiel Kompass).

Am weitesten verbreitet ist das Prinzip der Verteilung von Stahlspänen entlang magnetischer Kraftlinien. In die Wirkungsweise ist auch die Magnetnadel einbezogen, die zur Reduzierung des Widerstands der Reibungskräfte an einer scharfen Spitze befestigt wird und dadurch zusätzliche Rotationsfreiheit erhält.

Gesetze, die die Wechselwirkungen von Feldern mit geladenen Körpern beschreiben

Elektrische Felder

Coulombs experimentelle Arbeit, die mit Punktladungen durchgeführt wurde, die an einem dünnen und langen Quarzfaden aufgehängt waren, diente dazu, das Bild der in elektrischen Feldern ablaufenden Prozesse zu klären.

Wenn ein aufgeladener Ball in ihre Nähe gebracht wurde, beeinflusste dieser ihre Position und zwang sie, um einen bestimmten Betrag abzuweichen. Dieser Wert wird auf dem Skalenskala eines speziell entwickelten Geräts festgelegt.

Auf diese Weise werden die Kräfte der gegenseitigen Wirkung zwischen elektrischen Ladungen, die sogenannten elektrisch, Coulomb-Wechselwirkung… Sie werden durch mathematische Formeln beschrieben, die vorläufige Berechnungen der entworfenen Geräte ermöglichen.

Magnetfelder

Hier funktioniert es gut Ampere-Gesetz basiert auf der Wechselwirkung eines stromdurchflossenen Leiters innerhalb der magnetischen Kraftlinien.

Für die Richtung der auf den stromdurchflossenen Draht wirkenden Kraft gilt eine Regel, die sich an der Anordnung der Finger der linken Hand orientiert. Die vier zusammengefügten Finger müssen in Stromrichtung ausgerichtet sein und die Kraftlinien des Magnetfelds müssen in die Handfläche eindringen. Dann zeigt der hervorstehende Daumen die Richtung der gewünschten Kraft an.

Fluggrafiken

Um sie in der Zeichenebene anzuzeigen, werden Kraftlinien verwendet.

Elektrische Felder

Um in dieser Situation Spannungslinien anzuzeigen, wird ein Potentialfeld verwendet, wenn stationäre Ladungen vorhanden sind. Die Kraftlinie geht von der positiven Ladung aus und geht zur negativen.

Ein Beispiel für die Modellierung elektrischer Felder ist eine Variante der Platzierung von Chininkristallen in Öl. Eine modernere Methode ist der Einsatz von Computerprogrammen von Grafikdesignern.

Sie ermöglichen es Ihnen, Bilder von Äquipotentialflächen zu erstellen, den numerischen Wert des elektrischen Feldes abzuschätzen und verschiedene Situationen zu analysieren.

Magnetfelder

Für eine bessere Darstellungsschärfe verwenden sie Linien, die für ein Wirbelfeld charakteristisch sind, wenn es durch eine Schleife geschlossen wird. Das obige Beispiel mit Stahlfeilen verdeutlicht dieses Phänomen deutlich.

Leistungsmerkmale

Es ist üblich, sie als Vektorgrößen auszudrücken mit:

• eine bestimmte Vorgehensweise;

• Kraftwert berechnet nach der entsprechenden Formel.

Elektrische Felder

Der elektrische Feldstärkevektor bei einer Ladungseinheit kann in Form eines dreidimensionalen Bildes dargestellt werden.

Seine Größe:

• vom Ladungszentrum weg gerichtet;

• hat eine Dimension, die von der Berechnungsmethode abhängt;

• wird durch berührungslose Einwirkung, also auf Distanz, als Verhältnis der einwirkenden Kraft zur Ladung bestimmt.

Magnetfelder

Die in der Spule entstehende Spannung ist im folgenden Bild beispielhaft zu sehen.

Die magnetischen Kraftlinien darin haben von jeder Windung nach außen die gleiche Richtung und summieren sich. Innerhalb des Turn-to-Turn-Raums sind sie entgegengesetzt gerichtet. Dadurch wird das innere Feld geschwächt.

Die Höhe der Spannung wird beeinflusst durch:

• die Stärke des Stroms, der durch die Spule fließt;

• die Anzahl und Dichte der Windungen, die die axiale Länge der Spule bestimmen.

Höhere Ströme erhöhen die magnetomotorische Kraft. Außerdem ist diese Kraft bei zwei Spulen mit gleicher Windungszahl, aber unterschiedlicher Windungsdichte bei gleichem Stromfluss dort höher, wo die Windungen näher beieinander liegen.

Somit weisen elektrische und magnetische Felder deutliche Unterschiede auf, sie sind jedoch miteinander verbundene Komponenten einer gemeinsamen Sache: der elektromagnetischen Felder.