Campos de partículas carregadas, campos eletromagnéticos e eletrostáticos e seus componentes
Partículas e campos são dois tipos de matéria. Uma característica da interação das partículas é que ela ocorre não em contato direto, mas a uma certa distância entre elas.
Isso se deve ao fato de que as partículas se relacionam com o campo que as envolve e determina a interação entre elas. Assim, as partículas interagem através de seus campos.
Os campos são distribuídos no espaço, ao contrário das partículas discretas, continuamente. Algumas interações são duais por natureza. Assim, por exemplo, um campo eletromagnético que se propaga pelo espaço na forma de ondas é detectado simultaneamente na forma de partículas discretas - fótons.
Na natureza, existem campos de vários tipos: gravitacional (gravitacional), magnetostático, eletrostático, nuclear, etc. Cada campo é caracterizado por propriedades distintas e inerentes.
Entre dois tipos de matéria - partículas e campos - existe uma conexão interna, que se manifesta principalmente no fato de que qualquer mudança no estado das partículas é refletida diretamente no campo (e, inversamente, qualquer mudança no campo afeta as partículas ), bem como na presença de propriedades gerais: massa, energia, momento ou momento, etc.
Além disso, as partículas podem se transformar em um campo e o campo nas mesmas partículas. Tudo isso mostra que matéria e campo são dois tipos de matéria.
Além disso, existe uma diferença entre campos e partículas, o que nos permite considerá-los como diferentes tipos de matéria.
Essa diferença consiste no fato de que as partículas elementares são discretas e ocupam um determinado volume, são impermeáveis a outras partículas: o mesmo volume não pode ser ocupado por corpos e partículas diferentes. Os campos são contínuos e possuem alta permeabilidade: campos de diferentes tipos podem ser localizados simultaneamente no mesmo volume de espaço.
Partículas e corpos podem se mover no espaço sob a influência de forças externas, aceleradas ou desaceleradas, ou seja, a velocidade de movimento das partículas no espaço pode ser diferente. Os campos se propagam pelo espaço na mesma velocidade, por exemplo, no vácuo - a uma velocidade igual à velocidade da luz.
Como partículas e campos estão intimamente relacionados entre si e constituem um todo, é impossível estabelecer um limite exato entre uma partícula e seu campo no espaço.
No entanto, é possível especificar uma região muito pequena do espaço na qual as propriedades de uma partícula discreta se manifestam. Nesse sentido, é condicionalmente possível determinar as dimensões partículas elementares… No espaço fora da região especificada, pode-se supor que existe apenas um campo associado a uma partícula elementar.
O campo eletromagnético e seus componentes
Na engenharia elétrica, considera-se um campo causado pelo movimento de partículas transportadoras cargas elétricas… Tal campo é chamado eletromagnético. Os fenômenos associados à propagação desse campo são chamados de fenômenos eletromagnéticos.
Os elétrons que circulam em um átomo em torno de um núcleo interagem com os prótons por meio de um campo elétrico, ao mesmo tempo em que seu movimento é equivalente a uma corrente elétrica que, como mostra a experiência, está sempre associada à presença de um campo magnético.
Portanto, o campo através do qual as partículas elementares do átomo interagem entre si, ou seja, o campo eletromagnético, consiste em dois campos: elétrico e magnético. Esses campos estão interligados e inseparáveis uns dos outros.
Externamente, o campo eletromagnético sob exame macroscópico se manifesta em alguns casos na forma de um campo estacionário e em outros casos na forma de um campo alternado.
No estado estacionário dos átomos de uma determinada substância, tanto o campo elétrico (neste caso, o campo nos átomos está completamente conectado com cargas iguais de sinais diferentes) quanto o campo magnético (devido à orientação caótica das órbitas dos elétrons) em o espaço sideral não é detectado.
No entanto, se o equilíbrio no átomo for perturbado (um íon é formado, o movimento direcionado é sobreposto ao movimento caótico, as correntes elementares das substâncias magnéticas são orientadas em uma direção, etc.), então fora dessa substância o campo pode ser detectado.Além disso, se o estado especificado for mantido inalterado, as características do campo terão um valor constante ao longo do tempo. Tal campo é chamado de campo estacionário.
O campo estacionário durante o exame macroscópico em vários casos ocorre na forma de apenas um componente: na forma de um campo elétrico (por exemplo, o campo de corpos carregados estacionários) ou na forma de um campo magnético (por exemplo exemplo, o campo de ímãs permanentes).
Os componentes de um campo eletromagnético estacionário são inseparáveis das partículas carregadas em movimento: o componente elétrico está associado a cargas elétricas e o componente magnético acompanha (envolve) partículas carregadas em movimento.
Um campo eletromagnético variável é formado como resultado do movimento variável ou oscilante de partículas carregadas, sistemas ou constituintes de campos estacionários. Uma característica desse campo de alta frequência é que, depois de surgir (depois de ser emitido por uma fonte), ele se separa da fonte e entra no ambiente na forma de ondas.
A componente elétrica deste campo existe em estado livre, separada das partículas materiais e tem um caráter de vórtice. O mesmo campo é o componente magnético: ele também existe em estado livre, não associado a cargas em movimento (ou corrente elétrica). No entanto, ambos os campos representam um todo inseparável e, no processo de movimento no espaço, são constantemente transformados um no outro.
O campo eletromagnético variável é detectado pelo impacto em partículas e sistemas localizados no caminho de sua propagação, que podem ser colocados em movimento oscilante, bem como por meio de dispositivos que convertem a energia do campo eletromagnético em energia de outro tipo (por exemplo, térmica).
Um caso especial é a ação desse campo nos órgãos visuais dos seres vivos (a luz são ondas eletromagnéticas).
Componentes do campo eletromagnético - campos elétricos e magnéticos foram descobertos e estudados antes do campo eletromagnético, e independentemente um do outro: nenhuma conexão foi então descoberta entre eles. Isso levou ao fato de que ambas as áreas foram consideradas independentes.
Considerações teóricas, então confirmadas pela experiência, mostram que existe uma conexão inextricável entre campos elétricos e magnéticos, e qualquer fenômeno elétrico ou magnético sempre acaba sendo eletromagnético.
Veja também: Campo elétrico e magnético: quais são as diferenças?
Campo eletrostático
Apenas um campo elétrico é detectado no vácuo ou em um meio dielétrico em torno de corpos isolados que são estacionários em relação ao observador com um excesso inalterado no espaço e no tempo (no sentido macroscópico) cargas elétricas do mesmo sinal obtidas durante a ionização de átomos ( como resultado da aparência de eletrificação - Eletrificação de corpos, interação de cargas). Tal campo é chamado eletrostático.
Um campo eletrostático é um tipo de campo elétrico estacionário e difere dele porque as partículas carregadas elementares que causam o campo eletrostático estão apenas em movimento caótico, enquanto o campo estacionário é determinado pelo movimento direcionado de elétrons sobrepostos ao movimento caótico.
Neste campo, a constância das características se deve à reprodução contínua da distribuição de cargas no campo (processo de equilíbrio).
Em um campo eletrostático, a ação geral de um grande número de partículas com carga única em movimento caótico contínuo em diferentes direções é percebida fora de um corpo carregado como um campo com carga elétrica de mesmo sinal que não muda com o tempo.
O efeito do componente magnético no campo eletrostático é mutuamente neutralizado devido ao movimento caótico dos portadores de carga no espaço sideral e, portanto, não é detectado.
Uma característica distintiva do campo eletrostático é a presença de corpos fonte e dreno, que recebem cargas em excesso de diferentes sinais (corpos dos quais esse campo parece fluir e nos quais ele flui).
O campo eletrostático e os corpos eletrificados, que são fontes e sumidouros do campo, são inseparáveis um do outro, representando uma entidade física.
Nisso, o campo eletrostático difere da componente elétrica do campo eletromagnético alternado, que, existindo em estado livre, tem caráter de vórtice, não possui fonte e dreno.
Nenhuma energia é gasta para manter este estado do campo eletrostático. Só é necessário quando este campo está estabelecido (é preciso energia para emitir continuamente um campo eletromagnético).
Um campo eletrostático pode ser detectado pela força mecânica atuando em corpos carregados estacionários colocados neste campo, bem como pela indução ou direcionamento de cargas eletrostáticas em corpos metálicos estacionários e pela polarização de corpos dielétricos estacionários colocados neste campo.
Veja também:
Características do campo elétrico