Πεδία φορτισμένων σωματιδίων, ηλεκτρομαγνητικά και ηλεκτροστατικά πεδία και τα συστατικά τους
Τα σωματίδια και τα πεδία είναι δύο τύποι ύλης. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων είναι ότι λαμβάνει χώρα όχι στην άμεση επαφή τους, αλλά σε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ τους.
Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα σωματίδια σχετίζονται με το πεδίο που τα περιβάλλει και καθορίζει την αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Έτσι, τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μέσω των πεδίων τους.
Τα πεδία κατανέμονται στο χώρο, σε αντίθεση με τα διακριτά σωματίδια, συνεχώς. Ορισμένες αλληλεπιδράσεις είναι διπλής φύσης. Έτσι, για παράδειγμα, ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαδίδεται μέσω του χώρου με τη μορφή κυμάτων ανιχνεύεται ταυτόχρονα με τη μορφή διακριτών σωματιδίων - φωτονίων.
Στη φύση, υπάρχουν πεδία διαφόρων τύπων: βαρυτικά (βαρυτικά), μαγνητοστατικά, ηλεκτροστατικά, πυρηνικά κ.λπ. Κάθε πεδίο χαρακτηρίζεται από διακριτικές, εγγενείς ιδιότητες.
Μεταξύ δύο τύπων ύλης - σωματιδίων και πεδίων - υπάρχει μια εσωτερική σύνδεση, η οποία εκδηλώνεται κυρίως στο γεγονός ότι οποιαδήποτε αλλαγή στην κατάσταση των σωματιδίων αντανακλάται άμεσα στο πεδίο (και αντιστρόφως, οποιαδήποτε αλλαγή στο πεδίο επηρεάζει τα σωματίδια ), καθώς και παρουσία γενικών ιδιοτήτων: μάζα, ενέργεια, ορμή ή ορμή κ.λπ.
Επίσης, τα σωματίδια μπορούν να μετατραπούν σε πεδίο και το πεδίο στα ίδια σωματίδια. Όλα αυτά δείχνουν ότι η ύλη και το πεδίο είναι δύο είδη ύλης.
Επιπλέον, υπάρχει διαφορά μεταξύ πεδίων και σωματιδίων, γεγονός που μας επιτρέπει να τα θεωρούμε ως διαφορετικούς τύπους ύλης.
Αυτή η διαφορά συνίσταται στο γεγονός ότι τα στοιχειώδη σωματίδια είναι διακριτά και καταλαμβάνουν έναν ορισμένο όγκο, είναι αδιαπέραστα από άλλα σωματίδια: ο ίδιος όγκος δεν μπορεί να καταληφθεί από διαφορετικά σώματα και σωματίδια. Τα πεδία είναι συνεχόμενα και έχουν υψηλή διαπερατότητα: πεδία διαφορετικών τύπων μπορούν να βρίσκονται ταυτόχρονα στον ίδιο όγκο χώρου.
Τα σωματίδια και τα σώματα μπορούν να κινούνται στο διάστημα υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων, επιταχυνόμενα ή επιβραδύνοντα, δηλαδή η ταχύτητα κίνησης των σωματιδίων στο διάστημα μπορεί να είναι διαφορετική. Τα πεδία διαδίδονται στο διάστημα με την ίδια ταχύτητα, για παράδειγμα στο κενό - με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του φωτός.
Δεδομένου ότι τα σωματίδια και τα πεδία συνδέονται στενά μεταξύ τους και αποτελούν ένα σύνολο, είναι αδύνατο να καθοριστεί ένα ακριβές όριο μεταξύ ενός σωματιδίου και του πεδίου του στο διάστημα.
Ωστόσο, είναι δυνατό να προσδιοριστεί μια πολύ μικρή περιοχή του χώρου στην οποία εκδηλώνονται οι ιδιότητες ενός διακριτού σωματιδίου. Υπό αυτή την έννοια, είναι δυνατόν να προσδιοριστούν υπό όρους οι διαστάσεις στοιχειώδη σωματίδια… Στο χώρο έξω από την καθορισμένη περιοχή, μπορεί να υποτεθεί ότι υπάρχει μόνο ένα πεδίο που σχετίζεται με ένα στοιχειώδες σωματίδιο.
Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και τα συστατικά του
Στην ηλεκτρική μηχανική, θεωρείται ένα πεδίο που προκαλείται από την κίνηση σωματιδίων που μεταφέρουν ηλεκτρικά φορτία… Ένα τέτοιο πεδίο ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό. Τα φαινόμενα που σχετίζονται με τη διάδοση αυτού του πεδίου ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα.
Τα ηλεκτρόνια που κυκλοφορούν σε ένα άτομο γύρω από έναν πυρήνα αλληλεπιδρούν με πρωτόνια μέσω ηλεκτρικού πεδίου, ενώ ταυτόχρονα η κίνησή τους ισοδυναμεί με ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο, όπως δείχνει η εμπειρία, συνδέεται πάντα με την παρουσία μαγνητικού πεδίου.
Επομένως, το πεδίο μέσω του οποίου τα στοιχειώδη σωματίδια του ατόμου αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, δηλαδή το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, αποτελείται από δύο πεδία: ηλεκτρικό και μαγνητικό. Αυτά τα πεδία είναι αλληλένδετα και αχώριστα το ένα από το άλλο.
Εξωτερικά, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο υπό μακροσκοπική εξέταση εκδηλώνεται σε ορισμένες περιπτώσεις με τη μορφή σταθερού πεδίου και σε άλλες περιπτώσεις με τη μορφή εναλλασσόμενου πεδίου.
Στη στατική κατάσταση των ατόμων μιας δεδομένης ουσίας, τόσο το ηλεκτρικό πεδίο (στην περίπτωση αυτή το πεδίο στα άτομα συνδέεται πλήρως με ίσα φορτία διαφορετικών σημείων) όσο και το μαγνητικό πεδίο (λόγω του χαοτικού προσανατολισμού των τροχιών ηλεκτρονίων) το διάστημα δεν ανιχνεύεται.
Ωστόσο, εάν διαταραχθεί η ισορροπία στο άτομο (σχηματίζεται ένα ιόν, η κατευθυνόμενη κίνηση υπερτίθεται σε χαοτική κίνηση, τα στοιχειώδη ρεύματα μαγνητικών ουσιών προσανατολίζονται προς μία κατεύθυνση κ.λπ.), τότε εκτός αυτής της ουσίας μπορεί να ανιχνευθεί το πεδίο.Επιπλέον, εάν η καθορισμένη κατάσταση διατηρείται αμετάβλητη, τότε τα χαρακτηριστικά του πεδίου έχουν μια τιμή που είναι σταθερή με την πάροδο του χρόνου. Ένα τέτοιο πεδίο ονομάζεται ακίνητο πεδίο.
Το ακίνητο πεδίο κατά τη μακροσκοπική εξέταση σε ορισμένες περιπτώσεις εμφανίζεται με τη μορφή μόνο ενός στοιχείου: είτε με τη μορφή ηλεκτρικού πεδίου (για παράδειγμα, το πεδίο σταθερών φορτισμένων σωμάτων), είτε με τη μορφή μαγνητικού πεδίου (για παράδειγμα, το πεδίο των μόνιμων μαγνητών).
Τα συστατικά ενός στατικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου είναι αδιαχώριστα από τα κινούμενα φορτισμένα σωματίδια: το ηλεκτρικό στοιχείο συνδέεται με ηλεκτρικά φορτία και το μαγνητικό στοιχείο συνοδεύει (περιβάλλει) τα κινούμενα φορτισμένα σωματίδια.
Ένα μεταβλητό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της μεταβαλλόμενης ή ταλαντευόμενης κίνησης φορτισμένων σωματιδίων, συστημάτων ή συστατικών στατικών πεδίων. Χαρακτηριστικό ενός τέτοιου πεδίου υψηλής συχνότητας είναι ότι αφού προκύψει (αφού εκπέμπεται από μια πηγή), διαχωρίζεται από την πηγή και εισέρχεται στο περιβάλλον με τη μορφή κυμάτων.
Το ηλεκτρικό συστατικό αυτού του πεδίου υπάρχει σε ελεύθερη κατάσταση, χωρισμένο από τα υλικά σωματίδια και έχει χαρακτήρα δίνης. Το ίδιο πεδίο είναι και το μαγνητικό στοιχείο: υπάρχει επίσης σε ελεύθερη κατάσταση, που δεν σχετίζεται με κινούμενα φορτία (ή ηλεκτρικό ρεύμα). Ωστόσο, και τα δύο πεδία αντιπροσωπεύουν ένα αδιαχώρητο σύνολο και στη διαδικασία της κίνησης στο χώρο μετασχηματίζονται συνεχώς το ένα στο άλλο.
Το μεταβλητό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ανιχνεύεται από την πρόσκρουση σε σωματίδια και συστήματα που βρίσκονται στη διαδρομή διάδοσής του, η οποία μπορεί να τεθεί σε ταλαντευόμενη κίνηση, καθώς και μέσω συσκευών που μετατρέπουν την ενέργεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε ενέργεια άλλου τύπου (για παράδειγμα, θερμικό) .
Μια ειδική περίπτωση είναι η δράση αυτού του πεδίου στα οπτικά όργανα των ζωντανών όντων (το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα).
Συστατικά του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου — ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία ανακαλύφθηκαν και μελετήθηκαν πριν από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, και ανεξάρτητα το ένα από το άλλο: τότε δεν ανακαλύφθηκε καμία σύνδεση μεταξύ τους. Αυτό οδήγησε στο γεγονός ότι και οι δύο περιοχές θεωρήθηκαν ανεξάρτητες.
Θεωρητικές εκτιμήσεις, οι οποίες στη συνέχεια επιβεβαιώθηκαν με πείραμα, δείχνουν ότι υπάρχει μια άρρηκτη σύνδεση μεταξύ ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων και οποιοδήποτε ηλεκτρικό ή μαγνητικό φαινόμενο αποδεικνύεται πάντα ηλεκτρομαγνητικό.
Δείτε επίσης: Ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο: Ποιες είναι οι διαφορές;
Ηλεκτροστατικό πεδίο
Μόνο ένα ηλεκτρικό πεδίο ανιχνεύεται στο κενό ή ένα διηλεκτρικό μέσο γύρω από απομονωμένα σώματα που είναι ακίνητα σε σχέση με τον παρατηρητή με περίσσεια αμετάβλητα στο χώρο και στο χρόνο (με μακροσκοπική έννοια) ηλεκτρικά φορτία του ίδιου σημείου που λαμβάνονται κατά τον ιονισμό των ατόμων ( ως αποτέλεσμα της εμφάνισης ηλεκτρισμού - Ηλεκτρισμός σωμάτων, αλληλεπίδραση φορτίων).Ένα τέτοιο πεδίο ονομάζεται ηλεκτροστατικό.
Το ηλεκτροστατικό πεδίο είναι ένας τύπος στατικού ηλεκτρικού πεδίου και διαφέρει από αυτό στο ότι τα στοιχειώδη φορτισμένα σωματίδια που προκαλούν το ηλεκτροστατικό πεδίο βρίσκονται μόνο σε χαοτική κίνηση, ενώ το ακίνητο πεδίο καθορίζεται από την κατευθυνόμενη κίνηση των ηλεκτρονίων που υπερτίθενται στη χαοτική κίνηση.
Σε αυτό το πεδίο, η σταθερότητα των χαρακτηριστικών οφείλεται στη συνεχή αναπαραγωγή της κατανομής των φορτίων στο πεδίο (διαδικασία ισορροπίας).
Σε ένα ηλεκτροστατικό πεδίο, η γενική δράση ενός μεγάλου αριθμού μοναδικά φορτισμένων σωματιδίων σε συνεχή χαοτική κίνηση προς διαφορετικές κατευθύνσεις γίνεται αντιληπτή έξω από ένα φορτισμένο σώμα ως ένα πεδίο με ηλεκτρικό φορτίο του ίδιου πρόσημου που δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.
Η επίδραση της μαγνητικής συνιστώσας στο ηλεκτροστατικό πεδίο εξουδετερώνεται αμοιβαία λόγω της χαοτικής κίνησης των φορέων φορτίου στο εξωτερικό διάστημα και επομένως δεν ανιχνεύεται.
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του ηλεκτροστατικού πεδίου είναι η παρουσία σωμάτων πηγής και αποστράγγισης, στα οποία δίνονται υπερβολικά φορτία διαφορετικών σημείων (σώματα από τα οποία φαίνεται να ρέει αυτό το πεδίο και μέσα στα οποία ρέει).
Το ηλεκτροστατικό πεδίο και τα ηλεκτρισμένα σώματα, που είναι πηγές και καταβόθρες του πεδίου, είναι αδιαχώριστα μεταξύ τους, αντιπροσωπεύοντας μια φυσική οντότητα.
Σε αυτό, το ηλεκτροστατικό πεδίο διαφέρει από την ηλεκτρική συνιστώσα του εναλλασσόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, το οποίο, που υπάρχει σε ελεύθερη κατάσταση, έχει χαρακτήρα δίνης, δεν έχει πηγή και αποστράγγιση.
Δεν δαπανάται ενέργεια για να διατηρηθεί αυτή η κατάσταση του ηλεκτροστατικού πεδίου. Είναι απαραίτητο μόνο όταν αυτό το πεδίο είναι εγκατεστημένο (χρειάζεται ενέργεια για να εκπέμπει συνεχώς ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο).
Ένα ηλεκτροστατικό πεδίο μπορεί να ανιχνευθεί από τη μηχανική δύναμη που επενεργεί σε ακίνητα φορτισμένα σώματα που τοποθετούνται σε αυτό το πεδίο, καθώς και με την επαγωγή ή την κατεύθυνση ηλεκτροστατικών φορτίων σε σταθερά μεταλλικά σώματα και με την πόλωση των ακίνητων διηλεκτρικών σωμάτων που τοποθετούνται σε αυτό το πεδίο.
Δείτε επίσης: