Campi di particelle cariche, campi elettromagnetici ed elettrostatici e loro componenti
Particelle e campi sono due tipi di materia. Una caratteristica dell'interazione delle particelle è che non avviene nel loro contatto diretto, ma a una certa distanza tra loro.
Ciò è dovuto al fatto che le particelle sono in relazione con il campo che le circonda e ne determina l'interazione. Pertanto, le particelle interagiscono attraverso i loro campi.
I campi sono distribuiti nello spazio, a differenza delle particelle discrete, continuamente. Alcune interazioni sono di natura duale. Quindi, ad esempio, un campo elettromagnetico che si propaga nello spazio sotto forma di onde viene rilevato simultaneamente sotto forma di particelle discrete: i fotoni.
In natura esistono campi di vario tipo: gravitazionale (gravitazionale), magnetostatico, elettrostatico, nucleare, ecc. Ogni campo è caratterizzato da proprietà distintive e intrinseche.
Tra due tipi di materia - particelle e campi - esiste una connessione interna, che si manifesta principalmente nel fatto che qualsiasi cambiamento nello stato delle particelle si riflette direttamente nel campo (e viceversa, qualsiasi cambiamento nel campo influisce sulle particelle ), nonché in presenza di proprietà generali: massa, energia, quantità di moto o quantità di moto, ecc.
Inoltre, le particelle possono trasformarsi in un campo e il campo nelle stesse particelle. Tutto ciò dimostra che la materia e il campo sono due tipi di materia.
Inoltre, c'è una differenza tra campi e particelle, che ci permette di considerarli come diversi tipi di materia.
Questa differenza consiste nel fatto che le particelle elementari sono discrete e occupano un certo volume, sono impermeabili ad altre particelle: lo stesso volume non può essere occupato da corpi e particelle differenti. I campi sono continui e hanno un'elevata permeabilità: campi di tipo diverso possono trovarsi contemporaneamente nello stesso volume di spazio.
Particelle e corpi possono muoversi nello spazio sotto l'influenza di forze esterne, accelerate o rallentate, cioè la velocità di movimento delle particelle nello spazio può essere diversa. I campi si propagano nello spazio alla stessa velocità, ad esempio nel vuoto, a una velocità pari alla velocità della luce.
Poiché particelle e campi sono strettamente correlati tra loro e costituiscono un tutto, è impossibile stabilire un confine esatto tra una particella e il suo campo nello spazio.
Tuttavia, è possibile specificare una regione di spazio molto piccola in cui si manifestano le proprietà di una particella discreta. In questo senso, è condizionatamente possibile determinare le dimensioni particelle elementari… Nello spazio al di fuori della regione specificata, si può presumere che esista solo un campo associato a una particella elementare.
Il campo elettromagnetico e le sue componenti
Nell'ingegneria elettrica, si considera un campo causato dal movimento di particelle portanti cariche elettriche… Un tale campo è chiamato elettromagnetico. I fenomeni associati alla propagazione di questo campo sono chiamati fenomeni elettromagnetici.
Gli elettroni che circolano in un atomo attorno a un nucleo interagiscono con i protoni attraverso un campo elettrico, mentre allo stesso tempo il loro movimento equivale a una corrente elettrica che, come dimostra l'esperienza, è sempre associata alla presenza di un campo magnetico.
Pertanto, il campo attraverso il quale le particelle elementari dell'atomo interagiscono tra loro, cioè il campo elettromagnetico, è costituito da due campi: elettrico e magnetico. Questi campi sono interconnessi e inseparabili l'uno dall'altro.
Esternamente il campo elettromagnetico all'esame macroscopico si manifesta in alcuni casi sotto forma di campo stazionario, in altri casi sotto forma di campo alternato.
Nello stato stazionario degli atomi di una data sostanza, sia il campo elettrico (in questo caso il campo negli atomi è completamente connesso con cariche uguali di segno diverso) sia il campo magnetico (dovuto all'orientamento caotico delle orbite degli elettroni) in spazio esterno non viene rilevato.
Tuttavia, se l'equilibrio nell'atomo è disturbato (si forma uno ione, il movimento diretto si sovrappone al movimento caotico, le correnti elementari delle sostanze magnetiche sono orientate in una direzione, ecc.), allora al di fuori di questa sostanza il campo può essere rilevato.Inoltre, se lo stato specificato viene mantenuto invariato, le caratteristiche del campo hanno un valore costante nel tempo. Un tale campo è detto campo stazionario.
Il campo stazionario durante l'esame macroscopico in un certo numero di casi si presenta sotto forma di un solo componente: o sotto forma di un campo elettrico (ad esempio, il campo di corpi carichi stazionari), o sotto forma di un campo magnetico (per esempio, il campo dei magneti permanenti).
Le componenti di un campo elettromagnetico stazionario sono inseparabili dalle particelle cariche in movimento: la componente elettrica è associata alle cariche elettriche e la componente magnetica accompagna (circonda) le particelle cariche in movimento.
Un campo elettromagnetico variabile si forma come risultato del movimento mutevole o oscillante di particelle cariche, sistemi o costituenti di campi stazionari. Una caratteristica di un tale campo ad alta frequenza è che dopo essere sorto (dopo essere stato emesso da una sorgente), viene separato dalla sorgente ed entra nell'ambiente sotto forma di onde.
La componente elettrica di questo campo esiste in uno stato libero, separata dalle particelle materiali e ha un carattere vorticoso. Lo stesso campo è la componente magnetica: esiste anche in uno stato libero, non associato a cariche in movimento (o corrente elettrica). Tuttavia, entrambi i campi rappresentano un insieme inseparabile e nel processo di movimento nello spazio si trasformano costantemente l'uno nell'altro.
Il campo elettromagnetico variabile viene rilevato dall'impatto su particelle e sistemi posti nel percorso della sua propagazione, che possono essere posti in moto oscillatorio, nonché mediante dispositivi che convertono l'energia del campo elettromagnetico in energia di altro tipo (ad esempio, termico) .
Un caso particolare è l'azione di questo campo sugli organi visivi degli esseri viventi (la luce è onde elettromagnetiche).
Componenti del campo elettromagnetico — campi elettrici e magnetici sono stati scoperti e studiati prima del campo elettromagnetico, e indipendentemente l'uno dall'altro: nessuna connessione è stata poi scoperta tra di loro. Ciò ha portato al fatto che entrambe le aree erano considerate indipendenti.
Considerazioni teoriche, poi confermate sperimentalmente, mostrano che esiste un legame inestricabile tra campo elettrico e campo magnetico, e qualsiasi fenomeno elettrico o magnetico risulta sempre essere elettromagnetico.
Guarda anche: Campo elettrico e magnetico: quali sono le differenze?
Campo elettrostatico
Viene rilevato solo un campo elettrico nel vuoto o in un mezzo dielettrico attorno a corpi isolati stazionari rispetto all'osservatore con un eccesso invariato nello spazio e nel tempo (in senso macroscopico) di cariche elettriche dello stesso segno ottenute durante la ionizzazione degli atomi ( come risultato dell'aspetto dell'elettrificazione - Elettrificazione dei corpi, interazione delle cariche).Tale campo è chiamato elettrostatico.
Un campo elettrostatico è un tipo di campo elettrico stazionario e differisce da esso in quanto le particelle cariche elementari che provocano il campo elettrostatico sono solo in moto caotico, mentre il campo stazionario è determinato dal moto diretto degli elettroni sovrapposto al moto caotico.
In questo campo la costanza delle caratteristiche è dovuta alla continua riproduzione della distribuzione delle cariche nel campo (processo di equilibrio).
In un campo elettrostatico, l'azione generale di un gran numero di particelle univocamente cariche in continuo movimento caotico in diverse direzioni viene percepita all'esterno di un corpo carico come un campo con una carica elettrica dello stesso segno che non cambia nel tempo.
L'effetto della componente magnetica nel campo elettrostatico viene neutralizzato reciprocamente a causa del movimento caotico dei portatori di carica nello spazio e quindi non viene rilevato.
Una caratteristica distintiva del campo elettrostatico è la presenza di corpi di sorgente e di drenaggio, a cui vengono fornite cariche in eccesso di segno diverso (corpi da cui questo campo sembra fluire e in cui scorre).
Il campo elettrostatico ei corpi elettrificati, che sono fonti e pozzi del campo, sono inseparabili l'uno dall'altro, rappresentando un'entità fisica.
In questo, il campo elettrostatico differisce dalla componente elettrica del campo elettromagnetico alternato, che, esistendo allo stato libero, ha un carattere vorticoso, non ha sorgente e drenaggio.
Nessuna energia viene spesa per mantenere questo stato del campo elettrostatico. È necessario solo quando questo campo è stabilito (ci vuole energia per emettere continuamente un campo elettromagnetico).
Un campo elettrostatico può essere rilevato dalla forza meccanica che agisce su corpi carichi stazionari posti in questo campo, nonché inducendo o dirigendo cariche elettrostatiche su corpi metallici stazionari e dalla polarizzazione di corpi dielettrici stazionari posti in questo campo.
Guarda anche:
Caratteristiche del campo elettrico