Campo elétrico e magnético: quais são as diferenças?

O termo «campo» em russo significa uma área muito grande de composição uniforme, por exemplo, trigo ou batata.

Na física e na engenharia elétrica, é usado para descrever vários tipos de matéria, por exemplo, a eletromagnética, composta por componentes elétricos e magnéticos.

A carga elétrica está associada a essas formas de matéria. Quando está estacionário, há sempre um campo elétrico ao seu redor e, quando se move, também se forma um campo magnético.

A ideia do homem sobre a natureza do campo elétrico (mais precisamente, eletrostático) é formada com base em estudos experimentais de suas propriedades, uma vez que ainda não existe outro método de pesquisa. Com este método, verificou-se que atua sobre cargas elétricas em movimento e/ou estacionárias com uma determinada força. Ao medir seu valor, avaliam-se as principais características operacionais.

Campo elétrico

formado:

• em torno de cargas elétricas (corpos ou partículas);

• com mudanças no campo magnético, como ocorre durante o movimento ondas eletromagnéticas. 

É representado com linhas de força, que geralmente são mostradas como emanando de cargas positivas e terminando em negativas. As cargas são, portanto, fontes de campo elétrico. Ao agir sobre eles, você pode:

• identificar a presença de um campo;

• insira um valor calibrado para medir seu valor.

Para uso prático, a chamada tensão característica de potência, que é estimada pela ação em uma única carga com sinal positivo.

Campo magnético

Atua em:

• corpos e cargas elétricas em movimento com um esforço definido;

• momentos magnéticos sem considerar os estados de seus movimentos.

O campo magnético é criado:

• a passagem de uma corrente de partículas carregadas;

• somando os momentos magnéticos de elétrons dentro de átomos ou outras partículas;

• com uma mudança temporária no campo elétrico.

Também é representado com linhas de força, mas são fechadas ao longo do contorno, não têm começo e fim, ao contrário das elétricas.

Interação de campos elétricos e magnéticos

A primeira justificativa teórica e matemática dos processos que ocorrem no campo eletromagnético foi realizada por James Clerk Maxwell. Ele apresentou um sistema de equações de formas diferenciais e integrais em que mostrou a relação do campo eletromagnético com cargas elétricas e correntes fluindo em meio contínuo ou vácuo.

Em seu trabalho ele usa as leis:

• Ampères, descrevendo o fluxo de corrente através de um fio e a criação de indução magnética ao seu redor;

• Faraday, explicando a ocorrência de uma corrente elétrica a partir da ação de um campo magnético alternado sobre um condutor fechado.

Os trabalhos de Maxwell determinaram as relações precisas entre as manifestações dos campos elétrico e magnético dependendo das cargas distribuídas no espaço.

Muito tempo se passou desde a publicação das obras de Maxwell. Os cientistas estão constantemente estudando as manifestações de fatos experimentais entre campos elétricos e magnéticos, mas mesmo agora é difícil estabelecer sua natureza. Os resultados são limitados a aplicações puramente práticas dos fenômenos em consideração.

Isso se explica pelo fato de que com nosso nível de conhecimento só podemos construir hipóteses, pois por enquanto só podemos supor algo, afinal a natureza possui propriedades inesgotáveis ​​que ainda precisam ser muito estudadas e por muito tempo.

Características comparativas de campos elétricos e magnéticos

Fontes de educação

A relação mútua entre os campos da eletricidade e do magnetismo ajuda a entender o fato óbvio: eles não estão isolados, mas conectados, mas podem se manifestar de maneiras diferentes, representando uma única entidade - um campo eletromagnético.

Se imaginarmos que um campo não homogêneo de carga elétrica é criado a partir do espaço em algum ponto estacionário em relação à superfície da Terra, não funcionará para determinar o campo magnético ao seu redor em repouso.

Se o observador começar a se mover em relação a essa carga, o campo começará a mudar com o tempo, e o componente elétrico já formará um magnético, que o pesquisador permanente pode ver com seus instrumentos de medição.

Da mesma forma, esses fenômenos ocorrerão quando um ímã estacionário for colocado em alguma superfície, criando um campo magnético. Quando o observador começar a se mover em sua direção, ele detectará o aparecimento de uma corrente elétrica.Este processo descreve o fenômeno da indução eletromagnética.

Portanto, não faz muito sentido dizer que no ponto considerado do espaço existe apenas um dos dois campos: elétrico ou magnético. Esta pergunta deve ser feita em relação ao quadro de referência:

• estacionário;

• Móvel.

Em outras palavras, o quadro de referência afeta a manifestação de campos elétricos e magnéticos da mesma forma que a visualização de paisagens através de filtros de diferentes matizes. A mudança na cor do vidro afeta nossa percepção da imagem geral, mas mesmo se tomarmos como base a luz natural criada pela passagem da luz do sol pela atmosfera do ar, ela não dará a imagem real como um todo, irá distorcê-lo.

Isso significa que o referencial é uma das formas de estudar o campo eletromagnético, pois permite avaliar suas propriedades, configuração. Mas isso realmente não importa.

Indicadores de campo eletromagnético

Campo elétrico

Corpos eletricamente carregados são usados ​​como indicadores que mostram a presença de um campo em um determinado local no espaço. Eles podem usar pequenos pedaços de papel eletrificados, bolas, mangas, "sultões" para observar o componente elétrico.

Vamos considerar um exemplo em que duas esferas indicadoras são colocadas em suspensão livre em ambos os lados de um dielétrico plano eletrificado. Eles serão igualmente atraídos para sua superfície e se estenderão em uma linha.

Na segunda etapa, colocamos uma placa plana de metal entre uma das esferas e um dielétrico eletrizado. Isso não alterará as forças que atuam nos indicadores. As bolas não mudarão de posição.

A terceira etapa do experimento está relacionada ao aterramento da chapa metálica. Assim que isso acontecer, a esfera indicadora localizada entre o dielétrico eletrificado e o metal aterrado mudará de posição, mudando sua direção para vertical. Ele deixará de ser atraído pela placa e ficará sujeito apenas às forças gravitacionais da gravidade.

Esta experiência mostra que blindagens metálicas aterradas bloqueiam a propagação de linhas de campo elétrico.

Campo magnético

Neste caso, os indicadores podem ser:

• limalhas de aço;

• um circuito fechado através do qual uma corrente elétrica flui;

• agulha magnética (exemplo de bússola).

O princípio da distribuição de aparas de aço ao longo de linhas magnéticas de força é o mais difundido. Também está incluído no funcionamento da agulha magnética, que, para reduzir a oposição das forças de fricção, é fixada em uma ponta afiada e, assim, recebe maior liberdade de rotação.

Leis que descrevem as interações de campos com corpos carregados

Campos elétricos

O trabalho experimental de Coulomb, realizado com cargas pontuais suspensas em um fino e longo fio de quartzo, serviu para esclarecer o quadro dos processos que ocorrem em campos elétricos.

Quando uma bola carregada foi trazida para perto deles, esta afetou sua posição, forçando-os a se desviarem em certa medida. Este valor é fixado no mostrador de escala de um dispositivo especialmente projetado.

Desta forma, as forças de ação mútua entre cargas elétricas, as chamadas elétrico, interação de Coulomb… Eles são descritos por fórmulas matemáticas que permitem cálculos preliminares dos dispositivos projetados.

Campos magnéticos

Funciona bem aqui Lei de Ampère com base na interação de um condutor de transporte de corrente colocado dentro das linhas de força magnética.

Uma regra que usa a disposição dos dedos da mão esquerda se aplica à direção da força que atua no fio condutor de corrente. Os quatro dedos unidos devem estar posicionados na direção da corrente, e as linhas de força do campo magnético devem entrar na palma da mão. Então o polegar saliente indicará a direção da força desejada.

Gráficos de voo

As linhas de força são usadas para indicá-los no plano do desenho.

Campos elétricos

Para indicar linhas de tensão nesta situação, um campo potencial é usado quando cargas estacionárias estão presentes. A linha de força sai da carga positiva e vai para a negativa.

Um exemplo de modelagem de campo elétrico é uma variante da colocação de cristais de quinino em óleo. Um método mais moderno é o uso de programas de computador de designers gráficos.

Eles permitem criar imagens de superfícies equipotenciais, estimar o valor numérico do campo elétrico e analisar diferentes situações.

Campos magnéticos

Para maior clareza de exibição, eles usam linhas características de um campo de vórtice quando fechado por um loop. O exemplo acima com limas de aço ilustra claramente esse fenômeno.

Características de energia

É comum expressá-los como quantidades vetoriais tendo:

• um determinado curso de ação;

• valor da força calculado pela fórmula correspondente.

Campos elétricos

O vetor de intensidade do campo elétrico a uma carga unitária pode ser representado na forma de uma imagem tridimensional.

Sua magnitude:

• direcionado para longe do centro de carga;

• tem uma dimensão que depende do método de cálculo;

• é determinado pela ação sem contato, ou seja, à distância, como a razão entre a força atuante e a carga.

Campos magnéticos

A tensão que surge na bobina pode ser vista como exemplo na figura a seguir.

As linhas magnéticas de força nele de cada volta para fora têm a mesma direção e se somam. Dentro do espaço turno a turno, eles são direcionados de forma oposta. Por causa disso, o campo interno é enfraquecido.

A magnitude da tensão é afetada por:

• a força da corrente que passa pela bobina;

• o número e a densidade dos enrolamentos, que determinam o comprimento axial da bobina.

Correntes mais altas aumentam a força magnetomotriz. Além disso, em duas bobinas com o mesmo número de voltas, mas diferentes densidades de enrolamento, quando a mesma corrente flui, essa força será maior onde as voltas estiverem mais próximas.

Assim, os campos elétrico e magnético têm diferenças definidas, mas são componentes interconectados de uma coisa comum, o eletromagnético.