Campo elettrico e magnetico: quali sono le differenze?

Il termine «campo» in russo indica un'area molto vasta di composizione uniforme, ad esempio grano o patate.

In fisica e ingegneria elettrica, è usato per descrivere vari tipi di materia, ad esempio elettromagnetica, costituita da componenti elettrici e magnetici.

La carica elettrica è associata a queste forme di materia. Quando è fermo, c'è sempre un campo elettrico attorno ad esso, e quando si muove, si forma anche un campo magnetico.

L'idea dell'uomo sulla natura del campo elettrico (più precisamente elettrostatico) si forma sulla base di studi sperimentali delle sue proprietà, poiché non esiste ancora nessun altro metodo di ricerca. Con questo metodo si è riscontrato che agisce su cariche elettriche in movimento e/o stazionarie con una certa forza. Misurandone il valore si valutano le principali caratteristiche operative.

Campo elettrico

Formato:

• attorno a cariche elettriche (corpi o particelle);

• con variazioni del campo magnetico, come quelle che si verificano durante il movimento onde elettromagnetiche. 

È raffigurato con linee di forza, che di solito vengono mostrate come emanate da cariche positive e terminanti in cariche negative. Le cariche sono quindi sorgenti di campo elettrico. Agendo su di essi puoi:

• identificare la presenza di un campo;

• immettere un valore calibrato per misurarne il valore.

Per uso pratico, potenza caratteristica cosiddetta tensione, che è stimata dall'azione su una singola carica con un segno positivo.

Campo magnetico

Agisce su:

• corpi elettrici e cariche in movimento con uno sforzo definito;

• momenti magnetici senza considerare gli stati del loro moto.

Il campo magnetico si crea:

• il passaggio di una corrente di particelle cariche;

• sommando i momenti magnetici degli elettroni all'interno di atomi o altre particelle;

• con una variazione temporanea del campo elettrico.

È raffigurato anche con linee di forza, ma sono chiuse lungo il contorno, non hanno un inizio e una fine, a differenza di quelle elettriche.

Interazione di campi elettrici e magnetici

La prima giustificazione teorica e matematica dei processi che avvengono nel campo elettromagnetico è stata effettuata da James Clerk Maxwell. Ha presentato un sistema di equazioni di forme differenziali e integrali in cui ha mostrato la relazione del campo elettromagnetico con le cariche elettriche e le correnti che scorrono in mezzi continui o nel vuoto.

Nel suo lavoro usa le leggi:

• Ampere, che descrive il flusso di corrente attraverso un filo e la creazione di induzione magnetica attorno ad esso;

• Faraday, spiegando il verificarsi di una corrente elettrica dall'azione di un campo magnetico alternato su un conduttore chiuso.

Le opere di Maxwell determinano le precise relazioni tra le manifestazioni dei campi elettrici e magnetici in funzione delle cariche distribuite nello spazio.

È passato molto tempo dalla pubblicazione delle opere di Maxwell. Gli scienziati studiano costantemente le manifestazioni di fatti sperimentali tra campi elettrici e magnetici, ma anche adesso è difficile stabilirne la natura. I risultati sono limitati ad applicazioni puramente pratiche dei fenomeni in esame.

Ciò è spiegato dal fatto che con il nostro livello di conoscenza possiamo solo costruire ipotesi, poiché per ora possiamo solo ipotizzare qualcosa, dopotutto la natura ha proprietà inesauribili che devono essere studiate ancora molto e per molto tempo.

Caratteristiche comparative dei campi elettrico e magnetico

Fonti dell'educazione

La relazione reciproca tra i campi dell'elettricità e del magnetismo aiuta a comprendere il fatto ovvio: non sono isolati, ma collegati, ma possono manifestarsi in modi diversi, rappresentando un'unica entità: un campo elettromagnetico.

Se immaginiamo che a un certo punto venga creato dallo spazio un campo disomogeneo di carica elettrica, che è stazionario rispetto alla superficie della Terra, allora non funzionerà per determinare il campo magnetico attorno ad esso a riposo.

Se l'osservatore inizia a muoversi rispetto a questa carica, allora il campo inizierà a cambiare nel tempo e il componente elettrico ne formerà già uno magnetico, che il ricercatore permanente può vedere con i suoi strumenti di misura.

Allo stesso modo, questi fenomeni si verificheranno quando un magnete stazionario viene posizionato su una superficie, creando un campo magnetico. Quando l'osservatore inizia a muoversi verso di esso, rileverà l'aspetto di una corrente elettrica.Questo processo descrive il fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Pertanto, non ha molto senso dire che nel punto considerato nello spazio esiste solo uno dei due campi: elettrico o magnetico. Questa domanda va posta in relazione al quadro di riferimento:

• stazionario;

• Mobile.

In altre parole, il quadro di riferimento influenza la manifestazione dei campi elettrici e magnetici allo stesso modo della visione dei paesaggi attraverso filtri di diverse tonalità. Il cambiamento del colore del vetro influisce sulla nostra percezione dell'immagine complessiva, ma anche se prendiamo come base la luce naturale creata dal passaggio della luce solare attraverso l'atmosfera dell'aria, non darà la vera immagine nel suo insieme, ma lo distorcerà.

Ciò significa che il quadro di riferimento è uno dei modi per studiare il campo elettromagnetico, consente di valutarne le proprietà, la configurazione. Ma questo non ha molta importanza.

Indicatori di campo elettromagnetico

Campo elettrico

I corpi elettricamente carichi sono usati come indicatori che mostrano la presenza di un campo in una particolare posizione nello spazio. Possono utilizzare piccoli pezzi di carta elettrificati, palline, maniche, "sultani" per osservare la componente elettrica.

Consideriamo un esempio in cui due sfere indicatrici sono poste in sospensione libera su entrambi i lati di un dielettrico piatto elettrificato. Saranno ugualmente attratti dalla sua superficie e si estenderanno in linea.

Nella seconda fase, posizioniamo una piastra metallica piatta tra una delle sfere e un dielettrico elettrificato. Questo non cambierà le forze che agiscono sugli indicatori. Le palle non cambieranno la loro posizione.

La terza fase dell'esperimento è relativa alla messa a terra della lamiera. Non appena ciò accade, la sfera indicatrice situata tra il dielettrico elettrificato e il metallo messo a terra cambierà posizione, cambiando la sua direzione in verticale. Smetterà di essere attratto dalla piastra e sarà soggetto solo alle forze gravitazionali di gravità.

Questa esperienza dimostra che gli schermi metallici collegati a terra bloccano la propagazione delle linee del campo elettrico.

Campo magnetico

In questo caso, gli indicatori possono essere:

• limatura di acciaio;

• un circuito chiuso attraverso il quale scorre una corrente elettrica;

• ago magnetico (esempio bussola).

Il principio di distribuzione dei trucioli di acciaio lungo linee di forza magnetiche è il più diffuso. È anche incluso nel funzionamento dell'ago magnetico, che, per ridurre l'opposizione delle forze di attrito, è fissato su una punta acuminata e riceve così ulteriore libertà di rotazione.

Leggi che descrivono le interazioni dei campi con corpi carichi

Campi elettrici

Il lavoro sperimentale di Coulomb, svolto con cariche puntiformi sospese su un sottile e lungo filo di quarzo, servì a chiarire il quadro dei processi in atto nei campi elettrici.

Quando una palla carica veniva portata vicino a loro, quest'ultima ne influenzava la posizione, costringendoli a deviare di una certa misura. Questo valore è fissato sul quadrante della scala di un dispositivo appositamente progettato.

In questo modo, le forze dell'azione reciproca tra le cariche elettriche, le cosiddette elettrico, interazione di Coulomb… Sono descritti da formule matematiche che consentono calcoli preliminari dei dispositivi progettati.

Campi magnetici

Funziona bene qui Legge di Ampere basato sull'interazione di un conduttore percorso da corrente posto all'interno delle linee di forza magnetiche.

Una regola che utilizza la disposizione delle dita della mano sinistra si applica alla direzione della forza che agisce sul filo percorso da corrente. Le quattro dita unite insieme devono essere posizionate nella direzione della corrente e le linee di forza del campo magnetico devono entrare nel palmo. Quindi il pollice sporgente indicherà la direzione della forza desiderata.

Grafica di volo

Le linee di forza vengono utilizzate per indicarle nel piano del disegno.

Campi elettrici

Per indicare le linee di stress in questa situazione, viene utilizzato un campo potenziale quando sono presenti cariche stazionarie. La linea di forza esce dalla carica positiva e va verso quella negativa.

Un esempio di modellazione del campo elettrico è una variante dell'immissione di cristalli di chinino nell'olio. Un metodo più moderno è l'uso di programmi per computer di grafici.

Consentono di creare immagini di superfici equipotenziali, stimare il valore numerico del campo elettrico e analizzare diverse situazioni.

Campi magnetici

Per una maggiore chiarezza di visualizzazione, utilizzano linee caratteristiche di un campo a vortice quando sono chiuse da un anello. L'esempio precedente con lime in acciaio illustra chiaramente questo fenomeno.

Caratteristiche di potenza

È consuetudine esprimerle come grandezze vettoriali aventi:

• un certo corso d'azione;

• valore di forza calcolato dalla formula corrispondente.

Campi elettrici

Il vettore dell'intensità del campo elettrico a una carica unitaria può essere rappresentato sotto forma di un'immagine tridimensionale.

La sua grandezza:

• diretto lontano dal centro di carica;

• ha una dimensione che dipende dal metodo di calcolo;

• è determinato dall'azione senza contatto, cioè a distanza, come rapporto tra la forza agente e la carica.

Campi magnetici

La tensione che si genera nella bobina può essere vista come esempio nella figura seguente.

Le linee magnetiche di forza in esso da ogni giro all'esterno hanno la stessa direzione e si sommano. All'interno dello spazio turn-to-turn, sono diretti in modo opposto. Per questo motivo, il campo interno è indebolito.

L'entità della tensione è influenzata da:

• la forza della corrente che passa attraverso la bobina;

• il numero e la densità degli avvolgimenti, che determinano la lunghezza assiale della bobina.

Correnti più elevate aumentano la forza magnetomotrice. Inoltre, in due bobine con lo stesso numero di spire ma densità di avvolgimento diverse, quando scorre la stessa corrente, questa forza sarà maggiore dove le spire sono più vicine.

Pertanto, i campi elettrici e magnetici presentano differenze definite, ma sono componenti interconnessi di una cosa comune, l'elettromagnetismo.