Поля заряженных частиц, электромагнитные и электростатические поля и их составляющие

Частицы и поля — два вида материи. Особенностью взаимодействия частиц является то, что оно осуществляется не при непосредственном контакте их, а на некотором расстоянии между ними.

Это объясняется тем, что частицы связаны с полем, окружающим их и обусловливающим взаимодействие между ними. Таким образом, частицы взаимодействуют через свои поля.

Поля распределяются в пространстве, в противоположность дискретным частицам, непрерывно. Некоторые взаимодействия имеют двойственный характер. Так, например, электромагнитное поле, распространяясь в пространстве в виде волн, одновременно обнаруживается в виде дискретных частиц — фотонов.

Между двумя видами материи — частицами и полями — имеется внутренняя связь, которая проявляется прежде всего в том, что любое изменение состояния частиц непосредственно отражается на поле (и наоборот, всякое изменение поля влияет на частицы), а также в наличии у них общих свойств: массы, энергии, импульса или количества движения и др.

Кроме того, частицы могут превращаться в поле, а поле — в такие же частицы. Все это свидетельствует о том, что вещество и поле являются двумя видами материи.

Наряду с этим между полями и частицами имеется и различие, позволяющее рассматривать их как разные виды материи.

Это различие заключается в том, что элементарные частицы дискретны и занимают определенный объем, они непроницаемы для других частиц: один и тот же объем не может быть занят разными телами и частицами. Поля же непрерывны и обладают большой проницаемостью: в одном и том же объеме пространства одновременно могут находиться поля различного вида.

Частицы и тела могут перемещаться в пространстве под действием внешних сил ускоренно или замедленно, т. е. скорость движения частиц в пространстве может быть различна. Поля же распространяются в пространстве с одной и той же скоростью, например в вакууме — со скоростью, равной скорости распространения света.

Поскольку частицы и поля тесно связаны между собой и представляют собой единое целое, в пространстве невозможно установить точную границу между частицей и ее полем.

Однако можно указать очень малую область пространства, в которой проявляются свойства дискретной частицы. В этом смысле условно можно определять размеры элементарных частиц. В пространстве за пределами указанной области можно считать, что существует только поле, связанное с элементарной частицей.

Электромагнитное поле и его составляющие

В электротехнике рассматривается поле, которое обусловливается движением частиц, несущих электрические заряды. Такое поле носит название электромагнитного. Явления, связанные с распространением этого поля, называются электромагнитными явлениями.

Электроны, обращаясь в атоме вокруг ядра, взаимодействуют с протонами через электрическое поле, в то же время движение их эквивалентно электрическому току, который, как показывает опыт, всегда связан с наличием магнитного поля.

Следовательно, поле, через которое взаимодействуют между собой элементарные частицы атома, т. е. электромагнитное поле, состоит из двух полей: электрического и магнитного. Эти поля взаимно связаны и неотделимы друг от друга.

Внешне электромагнитное поле при макроскопическом рассмотрении в одних случаях проявляется в виде стационарного, а в других случаях в виде переменного поля.

При стационарном состоянии атомов данного вещества как электрическое (в этом случае поле в атомах полностью связано равными по значению зарядами разных знаков), так и магнитное поля (из-за хаотической ориентации орбит электронов) во внешнем пространстве не обнаруживаются.

Однако, если равновесие в атоме нарушается (образуется ион, на хаотическое движение накладывается направленное движение, элементарные токи магнитных веществ ориентируются в одном направлении и т. п.), то вне этого вещества поле может быть обнаружено. При этом, если указанное состояние поддерживается неизменным, то характеристики поля имеют значение, постоянное во времени. Такое поле называется стационарным полем.

Стационарное поле при макроскопическом рассмотрении в ряде случаев обнаруживается лишь в виде одной составляющей: либо в виде электрического поля (например, поле неподвижных заряженных тел), либо в виде магнитного поля (например, поле постоянных магнитов).

Составляющие стационарного электромагнитного поля неотделимы от движущихся заряженных частиц: электрическая составляющая связана с электрическими зарядами, а магнитная составляющая сопровождает (окружает) движущиеся заряженные частицы.

Переменное электромагнитное поле образуется в результате изменяющегося или колебательного движения заряженных частиц, систем или составляющих стационарных полей. Особенностью такого поля высокой частоты является то, что, возникнув (после излучения источником), оно отрывается от источника и уходит в окружающую среду в виде волн.

Электрическая составляющая этого поля существует в свободном состоянии, отделенной от вещественных частиц и носит вихревой характер. Таким же полем является и магнитная составляющая: она также существует в свободном состоянии, несвязанно с движущимися зарядами (или электрическим током). Однако оба эти поля составляют одно неразрывное целое и в процессе движения в пространстве непрерывно преобразуются одно в другое.

Переменное электромагнитное поле обнаруживается по воздействию на находящиеся на пути его распространения частицы и системы, которые могут быть приведены в колебательное движение, а также с помощью устройств, преобразующих энергию электромагнитного поля в энергию другого вида (например, тепловую).

Частным случаем является действие этого поля на зрительные органы живых существ (свет представляет собой электромагнитные волны).

Составляющие электромагнитного поля — электрическое и магнитное поля были открыты и изучены раньше электромагнитного поля, причем независимо друг от друга: никакой связи между ними тогда не было обнаружено. Это и привело к тому, что оба поля считались независимыми.

Однако теоретические соображения, подтвержденные затем опытом, показали, что между электрическим и магнитным полями существует неразрывная связь и любое электрическое или магнитное явление всегда оказывается электромагнитным.

Одно только электрическое поле обнаруживается в вакууме или диэлектрической среде вокруг неподвижных относительно наблюдателя изолированных тел с избыточными неизменными в пространстве и во времени (в макроскопическом смысле) электрическими зарядами одного знака, полученными при ионизации атомов (в результате электризации, смотрите — Электризация тел, взаимодействие зарядов). Такое поле называется электростатическим.

Электростатическое поле является разновидностью стационарного электрического поля и отличается от него тем, что элементарные заряженные частицы, обусловливающие электростатическое поле, находятся только в хаотическом движении, тогда как стационарное поле определяется направленным движением электронов, которое накладывается на хаотическое движение.

В этом поле постоянство характеристик обусловливается непрерывным воспроизведением распределения зарядов в поле (равновесный процесс).

В электростатическом поле суммарное действие большого числа однозначно заряженных частиц, находящихся в непрерывном хаотическом движении в различных направлениях, воспринимается вне заряженного тела как поле неизменного во времени электрического заряда одного знака.

Действие магнитной составляющей в электростатическом поле из-за хаотического движения носителей зарядов во внешнем пространстве взаимно нейтрализуется и поэтому не обнаруживается.

Отличительной особенностью электростатического поля является наличие истока и стока — тел, которым сообщены избыточные заряды разных знаков (тел, из которых как бы вытекает и в которые втекает это поле).

Электростатическое поле и наэлектризованные тела, являющиеся истоками и стоками поля, неотделимы друг от друга, представляя собой единое физическое целое.

Этим электростатическое поле отличается от электрической составляющей переменного электромагнитного поля, которая, существуя в свободном состоянии, имеет вихревой характер, не имеет истока и стока.

На поддержание данного состояния электростатического поля энергия не расходуется. Она необходима только при установлении этого поля (для непрерывного излучения электромагнитного поля необходима затрата энергии).

Электростатическое поле может быть обнаружено по механической силе, действующей на неподвижные заряженные тела, помещенные в это поле, а также по индуцированию, или наведению электростатических зарядов на неподвижных металлических телах, и по поляризации неподвижных диэлектрических тел, помещенных в это поле.

Источник

В чем основное различие между электростатическим полем и электрическим полем постоянного тока?

ЭППТ отличается от электростатического тем, что в случае однородной проводящей среды свободный заряд не накапливается. Кроме этого, поверхность проводящего тела в ЭППТ не эквипотенциальна в силу Е_1t¹0.

Сформулировать основные законы электрического поля постоянного тока в интегральной форме.

Закон Джоуля — Ленца. Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.

Записать полную систему уравнений Максвелла и граничные условия, характеризующие стационарные электрические поля.

Магнитное поле может создаваться как движущимися электрическими зарядами, так и изменяющимся во времени электрическим полем. 2) Закон Фарадея. Изменяющееся во времени магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. 3) Магнитное поле является соленоидальным (не существует магнитных зарядов в природе) 4) Закон Кулона в дифференциальной форме. Электрическое поле создаётся зарядами. Векторы электрической индукции начинаются и заканчиваются на зарядах.

В чем различие записи закона Ома в дифференциальной форме для сред, находящихся внутри и вне источников энергии?

Закон Ома в дифференциальной форме – J = γ·Ē. Это уравнение справедливо для областей вне источников ЭДС. В областях, занятых источниками ЭДС, существует также так называемое стороннее электрическое поле, обеспечивающее непрерывное движение зарядов в электрической цепи. Это поле обусловлено химическими, электрохимическими, тепловыми и термоэлектрическими процессами. Закон Ома в дифференциальной форме для областей, занятых источниками ЭДС – J = γ(Ē + Ē_стор) – обобщённый закон Ома.

Каковы методы расчета электрических полей постоянного тока и в чем их суть?

Общих методов расчета нелинейных цепей не существует. Известные приемы и способы имеют различные возможности и области применения. В общем случае при анализе нелинейной цепи описывающая ее система нелинейных уравнений может быть решена следующими методами: графическими; аналитическими; графо-аналитическими; итерационными.

Графические методы расчета. При использовании этих методов задача решается путем графических построений на плоскости. При этом характеристики всех ветвей цепи следует записать в функции одного общего аргумента. Благодаря этому система уравнений сводится к одному нелинейному уравнению с одним неизвестным.

Аналитический метод расчёта. В качестве исходных данных для расчета заданы конфигурация и основные геометрические размеры магнитной цепи, кривая (кривые) намагничивания ферромагнитного материала и магнитный поток или магнитная индукция в каком-либо сечении магнитопровода.

Итерационный метод расчета. Данный метод, сущность которых была рассмотрена при анализе нелинейных резистивных цепей постоянного тока, являются приближенными численными способами решения нелинейных алгебраических уравнений, описывающих состояние магнитной цепи. Они хорошо поддаются машинной алгоритмизации и в настоящее время широко используются при исследовании сложных магнитных цепей на ЦВМ. При анализе относительно простых цепей, содержащих небольшое число узлов и нелинейных элементов в эквивалентной электрической схеме замещения (обычно до двух-трех), возможна реализация методов “вручную”.

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 958 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

И электростатическим полем

Аналогия между полем в проводящей среде

По своей природе электростатическое поле и поле постоянного тока в проводящей среде различны. Электростатическое поле создается электрическими зарядами, неизменными во времени и неподвижными в пространстве. Электрическое поле в проводящей среде создается электрическими зарядами, которые имеют упорядоченное движение под действием внешнего источника. Однако между полями существует формальная аналогия.

Электростатическое поле в областях, не занятых зарядами удовлетворяет уравнению Лапласа. Этому же уравнению удовлетворяет электрическое поле постоянного тока в проводящей среде вне сторонних источников. В обоих случаях имеют дело с вектором напряженности электрического поля . Диэлектрической проницаемости e соответствует проводимость g. С вектором электрического смещения можно сопоставить вектор плотности тока . С потоком вектора – можно сопоставить поток вектора плотности электрического тока .

Граничные условия на поверхности раздела двух диэлектриков:

Граничные условия на поверхности раздела двух сред с различной проводимостью

Учитывая вышесказанное, можно сделать вывод, что при одинаковой форме граничных поверхностей картина поля в обоих случаях будет одинаковой (совокупность силовых и эквипотенциальных линий).

Соотношение между проводимостью и емкостью

Если какие-либо электроды поместить в проводящую среду и присоединить к источнику ЭДС, то по проводящей среде идет ток. Проводимость между электродами равна

(16.13)

C другой стороны в электростатическом поле с электродами такой же конфигурации емкость между двумя частями электродов, на которых расположены одинаковые по величине и противоположные по знаку заряды Q равна:

(16.14)

Учтено, что

Если разделить (16.14) на (16.13), то можно получить:

(16.15)

Выражение (16.15) позволяет по известному выражению емкости между какими-либо телами получить выражение для проводимости и наоборот.

Так, например, емкость двухпроводной линии:

(16.16)

где: l – длина проводов, d – расстояние между осями, r – радиус провода.

Чтобы получить выражение для проводимости между двумя параллельными проводами, погруженными в среду с проводимостью g, надо в (16.15) заменить e_a на g:

(16.17)

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки

Поле электростатическое и электрическое

2. При движении ионов в проводнике второго рода (в самом объёме раствора) возникает магнитное поле или же только вокруг проводника? (В приближении если говорить)

Заслуженный участник

Электрическое поле является электростатическим, только когда все заряды неподвижны, и нет переменных по времени электрических и магнитных полей.

Ни в чём, кроме того, что быстро закончится.

При любом протекании тока возникает магнитное поле везде в объёме (кроме сверхпроводников). Это просто видно из уравнения Максвелла если взять контур внутри проводника, охватывающий часть линий тока. Дальше, для контура, охватывающего целиком проводник, циркуляция достигает максимального значения, и дальше не меняется, а магнитное поле спадает (поскольку длина контура растёт). Для круглого однородного контура магнитное поле нарастает до его поверхности, на ней максимально, и дальше спадает.

Эта поляризация будет происходить всегда, при любой величине зарядов.

Последний раз редактировалось rambler87 05.03.2014, 12:56, всего редактировалось 1 раз.

Ещё такой, надеюсь пока последний, мысленный эксперимент.
Имеем две установки:
I. катод | проводник второго рода | анод
II. (-) стат.заряд | диэл. | проводник второго рода | диэл. | (+) стат. заряд

В первом случае через проводник второго рода потечёт постоянный ток
Во втором случае мы будем иметь временный ток пока происходит поляризация проводника да? То есть можно подобрать заряды статические так, чтобы никакой разницы между физическим состоянием проводника второго рода в первом и втором экспериментах не было. Пусть даже это продлится очень небольшой промежуток времени

Заслуженный участник

И наконец, всё то, о чём вы спрашиваете, совершенно не зависит от того, проводник какого рода обсуждается. Можно мысленно заменить электролит на металл, и получить тот же самый ответ, и он будет правильным.

Последний раз редактировалось rambler87 05.03.2014, 14:27, всего редактировалось 3 раз(а).

На самом деле мне этот мысленный эксперимент был нужен постольку, поскольку наличие различного рода электродных процессов усложняет картину.

Заслуженный участник

Ну, это уже никак не явления теории электричества, это сложные последствия биологического уровня.

На самом деле мне этот мысленный эксперимент был нужен постольку, поскольку наличие различного рода электродных процессов усложняет картину.

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей

Источник

Чем стационарное электрическое поле отличается от электростатического?

Термин «статический» описывает ситуацию, когда все заряды неподвижны в пространстве, или движутся как непрерывный поток. В результате, как заряд, так и плотность тока постоянны во времени. В случае с неподвижным зарядом, мы имеем электрическое поле, напряженность которого в любой точке пространства зависит от величины и геометрии всех зарядов. В случае с непрерывным током в контуре, мы имеем постоянные во времени электрическое и магнитное поля (статические поля), поскольку плотность заряда в любой точке контура не изменяется.

Статические явления характеризуются постоянством величин ЭМП во времени и отсутствием макроскопических электрических токов. При этих условиях систему уравнений Максвелла можно разделить на электростатическую и магнитостатическую подсистемы. В этом случае электрические и магнитные явления можно рассматривать независимо друг от друга.

в стационарном случае электрическое и магнитное поля не связаны друг с другом и их можно рассматривать изолировано.

и вот наконец-то здесь читаем(link is external) =

Существеннейшее отличие стационарного поля постоянных токов от поля электростатического заключается в том, что для поддержания первого необходима непрерывная затрата энергии, тогда как в электростатическом поле никаких превращений энергии не происходит.

Источник