Geladene Teilchenfelder, elektromagnetische und elektrostatische Felder und ihre Komponenten
Teilchen und Felder sind zwei Arten von Materie. Ein charakteristisches Merkmal der Wechselwirkung von Teilchen ist, dass sie nicht in ihrem direkten Kontakt, sondern in einem bestimmten Abstand zwischen ihnen stattfindet.
Dies liegt daran, dass die Teilchen mit dem Feld in Beziehung stehen, das sie umgibt und die Wechselwirkung zwischen ihnen bestimmt. Somit interagieren die Teilchen über ihre Felder.
Felder sind im Gegensatz zu diskreten Teilchen kontinuierlich im Raum verteilt. Einige Interaktionen sind dualer Natur. So wird beispielsweise ein elektromagnetisches Feld, das sich in Form von Wellen durch den Raum ausbreitet, gleichzeitig in Form diskreter Teilchen – Photonen – erfasst.
In der Natur gibt es Felder verschiedener Art: Gravitation (Gravitation), magnetostatisch, elektrostatisch, nuklear usw. Jedes Feld zeichnet sich durch charakteristische, inhärente Eigenschaften aus.
Zwischen zwei Arten von Materie – Teilchen und Feldern – besteht ein interner Zusammenhang, der sich vor allem darin äußert, dass sich jede Zustandsänderung der Teilchen direkt im Feld widerspiegelt (und umgekehrt jede Änderung des Feldes die Teilchen beeinflusst). ), sowie bei Vorhandensein allgemeiner Eigenschaften: Masse, Energie, Impuls oder Impuls usw.
Außerdem können sich Teilchen in ein Feld verwandeln und das Feld in dieselben Teilchen. All dies zeigt, dass Materie und Feld zwei Arten von Materie sind.
Darüber hinaus gibt es einen Unterschied zwischen Feldern und Teilchen, der es uns ermöglicht, sie als verschiedene Arten von Materie zu betrachten.
Dieser Unterschied besteht darin, dass Elementarteilchen diskret sind und ein bestimmtes Volumen einnehmen, für andere Teilchen sind sie undurchlässig: Das gleiche Volumen kann nicht von verschiedenen Körpern und Teilchen eingenommen werden. Die Felder sind kontinuierlich und weisen eine hohe Durchlässigkeit auf: Felder unterschiedlichen Typs können gleichzeitig im gleichen Raumvolumen angeordnet sein.
Teilchen und Körper können sich unter dem Einfluss äußerer Kräfte im Raum bewegen, beschleunigt oder verlangsamt, das heißt, die Bewegungsgeschwindigkeit von Teilchen im Raum kann unterschiedlich sein. Felder breiten sich im Raum mit der gleichen Geschwindigkeit aus, beispielsweise im Vakuum – mit einer Geschwindigkeit, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht.
Da Teilchen und Felder eng miteinander verbunden sind und ein Ganzes bilden, ist es unmöglich, eine genaue Grenze zwischen einem Teilchen und seinem Feld im Raum festzulegen.
Es ist jedoch möglich, einen sehr kleinen Raumbereich anzugeben, in dem sich die Eigenschaften eines diskreten Teilchens manifestieren. In diesem Sinne ist es bedingt möglich, die Abmessungen zu bestimmen Elementarteilchen… Im Raum außerhalb des angegebenen Bereichs kann davon ausgegangen werden, dass nur ein Feld vorhanden ist, das einem Elementarteilchen zugeordnet ist.
Das elektromagnetische Feld und seine Komponenten
In der Elektrotechnik wird ein Feld betrachtet, das durch die Bewegung tragender Teilchen entsteht elektrische Ladungen… Ein solches Feld nennt man elektromagnetisch. Die mit der Ausbreitung dieses Feldes verbundenen Phänomene werden elektromagnetische Phänomene genannt.
Elektronen, die in einem Atom um einen Kern zirkulieren, interagieren mit Protonen über ein elektrisches Feld, während ihre Bewegung gleichzeitig einem elektrischen Strom entspricht, der erfahrungsgemäß immer mit dem Vorhandensein eines Magnetfelds verbunden ist.
Daher besteht das Feld, durch das die Elementarteilchen des Atoms miteinander interagieren, also das elektromagnetische Feld, aus zwei Feldern: einem elektrischen und einem magnetischen. Diese Felder sind miteinander verbunden und untrennbar miteinander verbunden.
Äußerlich manifestiert sich das makroskopisch untersuchte elektromagnetische Feld in manchen Fällen in Form eines stationären Feldes, in anderen Fällen in Form eines Wechselfeldes.
Im stationären Zustand der Atome einer bestimmten Substanz wirken sowohl das elektrische Feld (in diesem Fall ist das Feld in den Atomen vollständig mit gleichen Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens verbunden) als auch das magnetische Feld (aufgrund der chaotischen Ausrichtung der Elektronenbahnen) in Der Weltraum wird nicht erkannt.
Wenn jedoch das Gleichgewicht im Atom gestört ist (Bildung eines Ions, gerichtete Bewegung überlagert chaotische Bewegung, Elementarströme magnetischer Substanzen sind in eine Richtung ausgerichtet usw.), kann das Feld außerhalb dieser Substanz nachgewiesen werden.Wenn außerdem der angegebene Zustand unverändert beibehalten wird, haben die Feldeigenschaften einen über die Zeit konstanten Wert. Ein solches Feld wird als stationäres Feld bezeichnet.
Das stationäre Feld tritt bei der makroskopischen Untersuchung in vielen Fällen nur in Form einer Komponente auf: entweder in Form eines elektrischen Feldes (zum Beispiel das Feld stationärer geladener Körper) oder in Form eines magnetischen Feldes (zum Beispiel das Feld stationärer geladener Körper). Beispiel das Feld der Permanentmagnete).
Die Komponenten eines stationären elektromagnetischen Feldes sind untrennbar mit sich bewegenden geladenen Teilchen verbunden: Die elektrische Komponente ist mit elektrischen Ladungen verbunden, und die magnetische Komponente begleitet (umgibt) sich bewegende geladene Teilchen.
Ein veränderliches elektromagnetisches Feld entsteht durch die sich ändernde oder oszillierende Bewegung geladener Teilchen, Systeme oder Bestandteile stationärer Felder. Charakteristisch für ein solches Hochfrequenzfeld ist, dass es nach seiner Entstehung (nachdem es von einer Quelle abgestrahlt wurde) von der Quelle getrennt wird und in Form von Wellen in die Umgebung gelangt.
Die elektrische Komponente dieses Feldes liegt in einem freien Zustand, getrennt von den Materialpartikeln, vor und hat Wirbelcharakter. Das gleiche Feld ist die magnetische Komponente: Es existiert auch in einem freien Zustand, der nicht mit bewegten Ladungen (oder elektrischem Strom) verbunden ist. Beide Bereiche stellen jedoch ein untrennbares Ganzes dar und wandeln sich im Prozess der Bewegung im Raum ständig ineinander um.
Die Erfassung des veränderlichen elektromagnetischen Feldes erfolgt durch den Aufprall auf in seinem Ausbreitungsweg befindliche Partikel und Systeme, die in eine oszillierende Bewegung versetzt werden können, sowie durch Geräte, die die Energie des elektromagnetischen Feldes in Energie anderer Art umwandeln (zum Beispiel thermisch) .
Ein Sonderfall ist die Wirkung dieses Feldes auf die Sehorgane von Lebewesen (Licht sind elektromagnetische Wellen).
Komponenten des elektromagnetischen Feldes – elektrische und magnetische Felder wurden vor dem elektromagnetischen Feld und unabhängig voneinander entdeckt und untersucht: Damals wurde kein Zusammenhang zwischen ihnen entdeckt. Dies führte dazu, dass beide Bereiche als unabhängig galten.
Theoretische Überlegungen, die dann durch Experimente bestätigt wurden, zeigen, dass zwischen elektrischen und magnetischen Feldern ein untrennbarer Zusammenhang besteht und sich jedes elektrische oder magnetische Phänomen immer als elektromagnetisch herausstellt.
Siehe auch: Elektrisches und magnetisches Feld: Was sind die Unterschiede?
Elektrostatisches Feld
In einem Vakuum oder einem dielektrischen Medium um isolierte Körper, die relativ zum Beobachter stationär sind, wird nur ein elektrisches Feld mit einem räumlich und zeitlich unveränderten Überschuss (im makroskopischen Sinne) elektrischer Ladungen gleichen Vorzeichens erfasst, die bei der Ionisierung von Atomen erhalten werden ( als Ergebnis der Elektrifizierung aussehen - Elektrifizierung von Körpern, Wechselwirkung von Ladungen).Ein solches Feld wird elektrostatisch genannt.
Ein elektrostatisches Feld ist eine Art stationäres elektrisches Feld und unterscheidet sich von diesem dadurch, dass sich die geladenen Elementarteilchen, die das elektrostatische Feld verursachen, nur in chaotischer Bewegung befinden, während das stationäre Feld durch die gerichtete Bewegung von Elektronen bestimmt wird, die der chaotischen Bewegung überlagert ist.
Die Konstanz der Eigenschaften beruht in diesem Feld auf der kontinuierlichen Reproduktion der Ladungsverteilung im Feld (Gleichgewichtsprozess).
In einem elektrostatischen Feld wird die allgemeine Wirkung einer großen Anzahl eindeutig geladener Teilchen in kontinuierlicher chaotischer Bewegung in verschiedene Richtungen außerhalb eines geladenen Körpers als Feld mit einer elektrischen Ladung desselben Vorzeichens wahrgenommen, die sich im Laufe der Zeit nicht ändert.
Die Wirkung der magnetischen Komponente im elektrostatischen Feld wird durch die chaotische Bewegung der Ladungsträger im Weltraum gegenseitig neutralisiert und daher nicht erfasst.
Ein charakteristisches Merkmal des elektrostatischen Feldes ist das Vorhandensein von Quell- und Abflusskörpern, denen überschüssige Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens zugeführt werden (Körper, aus denen dieses Feld zu fließen scheint und in die es fließt).
Das elektrostatische Feld und die elektrifizierten Körper, die Quellen und Senken des Feldes sind, sind untrennbar miteinander verbunden und stellen eine physikalische Einheit dar.
Darin unterscheidet sich das elektrostatische Feld von der elektrischen Komponente des elektromagnetischen Wechselfelds, die im freien Zustand Wirbelcharakter hat, keine Quelle und keinen Abfluss hat.
Es wird keine Energie aufgewendet, um diesen Zustand des elektrostatischen Feldes aufrechtzuerhalten. Dies ist nur erforderlich, wenn dieses Feld aufgebaut ist (es erfordert Energie, um kontinuierlich ein elektromagnetisches Feld auszusenden).
Ein elektrostatisches Feld kann durch die mechanische Kraft erkannt werden, die auf stationäre geladene Körper in diesem Feld einwirkt, sowie durch das Induzieren oder Lenken elektrostatischer Ladungen auf stationären metallischen Körpern und durch die Polarisierung stationärer dielektrischer Körper in diesem Feld.
Siehe auch:
Eigenschaften des elektrischen Feldes