Töltött részecskemezők, elektromágneses és elektrosztatikus mezők és összetevőik
A részecskék és a mezők kétféle anyag. A részecskék kölcsönhatásának jellegzetessége, hogy nem közvetlen érintkezésükben, hanem közöttük bizonyos távolságban megy végbe.
Ez annak köszönhető, hogy a részecskék az őket körülvevő mezőhöz kapcsolódnak, és meghatározzák a köztük lévő kölcsönhatást. Így a részecskék kölcsönhatásba lépnek a mezőiken keresztül.
A mezők a térben, a diszkrét részecskékkel ellentétben, folyamatosan oszlanak el. Egyes interakciók kettős jellegűek. Így például a térben hullámok formájában terjedő elektromágneses mezőt egyidejűleg észlelik diszkrét részecskék - fotonok - formájában.
A természetben különféle típusú mezők vannak: gravitációs (gravitációs), magnetosztatikus, elektrosztatikus, nukleáris stb. Minden területet jellegzetes, eredendő tulajdonságok jellemeznek.
Az anyag két típusa – a részecskék és a mezők – között belső kapcsolat van, ami elsősorban abban nyilvánul meg, hogy a részecskék állapotában bekövetkező bármilyen változás közvetlenül tükröződik a mezőben (és fordítva, a mezőben bekövetkezett bármilyen változás a részecskéket érinti). ), valamint általános tulajdonságok megléte esetén: tömeg, energia, lendület vagy lendület stb.
Ezenkívül a részecskék mezővé alakulhatnak, és a mező ugyanazok a részecskékké. Mindez azt mutatja, hogy az anyag és a mező kétféle anyag.
Ezenkívül különbség van a mezők és a részecskék között, ami lehetővé teszi, hogy különböző típusú anyagoknak tekintsük őket.
Ez a különbség abban áll, hogy az elemi részecskék diszkrétek és bizonyos térfogatot foglalnak el, áthatolhatatlanok más részecskékkel szemben: ugyanazt a térfogatot nem foglalhatják el különböző testek és részecskék. A mezők folytonosak és nagy áteresztőképességűek: különböző típusú mezők egyszerre helyezkedhetnek el ugyanabban a térben.
A részecskék, testek külső erők hatására, gyorsulva vagy lassítva mozoghatnak a térben, vagyis a részecskék térbeli mozgási sebessége eltérő lehet. A mezők ugyanolyan sebességgel terjednek a térben, például vákuumban - a fénysebességgel megegyező sebességgel.
Mivel a részecskék és a mezők szorosan kapcsolódnak egymáshoz, és egy egészet alkotnak, lehetetlen pontos határt megállapítani egy részecske és térbeli tere között.
Lehetséges azonban egy nagyon kis térrégió megadása, amelyben egy diszkrét részecske tulajdonságai megnyilvánulnak. Ebben az értelemben feltételesen lehetséges a méretek meghatározása elemi részecskék… A megadott régión kívüli térben feltételezhető, hogy csak egy elemi részecskéhez tartozó mező van.
Az elektromágneses tér és összetevői
Az elektrotechnikában olyan területnek minősül, amelyet a hordozó részecskék mozgása okoz elektromos töltések… Az ilyen mezőt elektromágnesesnek nevezzük. Az e tér terjedésével kapcsolatos jelenségeket elektromágneses jelenségeknek nevezzük.
Az atommag körüli atomban keringő elektronok elektromos téren keresztül kölcsönhatásba lépnek a protonokkal, ugyanakkor mozgásuk egyenértékű az elektromos árammal, amely a tapasztalatok szerint mindig mágneses tér jelenlétével függ össze.
Ezért az a mező, amelyen keresztül az atom elemi részecskéi kölcsönhatásba lépnek egymással, vagyis az elektromágneses mező, két mezőből áll: elektromos és mágneses. Ezek a mezők összefüggenek és elválaszthatatlanok egymástól.
Külsőleg a makroszkópos vizsgálat alatt álló elektromágneses tér egyes esetekben stacioner, más esetekben váltakozó tér formájában nyilvánul meg.
Egy adott anyag atomjainak stacionárius állapotában mind az elektromos tér (ebben az esetben az atomokban lévő tér teljesen összefügg azonos, különböző előjelű töltésekkel), mind a mágneses tér (az elektronpályák kaotikus orientációja miatt) a világűr nem észlelhető.
Ha azonban az atomban az egyensúly megbomlik (ion képződik, irányított mozgás a kaotikus mozgásra szuperponál, mágneses anyagok elemi áramai egy irányba orientálódnak stb.), akkor ezen az anyagon kívül is kimutatható a mező.Ezenkívül, ha a megadott állapot változatlan marad, akkor a mezőjellemzők értéke időben állandó. Az ilyen mezőt stacioner mezőnek nevezzük.
Az álló tér a makroszkópos vizsgálat során számos esetben csak egy komponens formájában jelentkezik: vagy elektromos tér formájában (például álló töltött testek tere), vagy mágneses tér formájában (pl. például az állandó mágnesek mezője).
Az álló elektromágneses tér összetevői elválaszthatatlanok a mozgó töltött részecskéktől: az elektromos komponens elektromos töltésekhez kapcsolódik, a mágneses komponens pedig a mozgó töltött részecskéket kíséri (körbeveszi).
Változó elektromágneses tér képződik a töltött részecskék, rendszerek vagy stacioner mezők alkotóelemeinek változó vagy oszcilláló mozgása következtében. Az ilyen nagyfrekvenciás tér jellemzője, hogy keletkezése után (a forrásból való kibocsátás után) elválik a forrástól, és hullámok formájában kerül a környezetbe.
Ennek a mezőnek az elektromos komponense szabad állapotban létezik, elkülönülve az anyagrészecskéktől, és örvény jellegű. Ugyanez a mező a mágneses komponens is: szabad állapotban is létezik, nem kapcsolódik mozgó töltésekhez (vagy elektromos áramhoz). Mindkét mező azonban elválaszthatatlan egészet képvisel, és a térben való mozgás során folyamatosan átalakul egymásba.
A változtatható elektromágneses teret a terjedésének útján elhelyezkedő részecskékre és rendszerekre gyakorolt behatás érzékeli, amelyek rezgőmozgásba állíthatók, valamint olyan eszközök, amelyek az elektromágneses tér energiáját más típusú energiává alakítják. (például termikus) .
Különleges eset ennek a mezőnek az élőlények látószervére gyakorolt hatása (a fény elektromágneses hullámok).
Az elektromágneses mező összetevői - elektromos és mágneses mezők az elektromágneses tér előtt fedezték fel és tanulmányozták, és egymástól függetlenül: akkor nem fedeztek fel köztük kapcsolatot. Ez oda vezetett, hogy mindkét területet függetlennek tekintették.
Az elméleti megfontolások, majd kísérletekkel megerősítve azt mutatják, hogy az elektromos és a mágneses mező között elválaszthatatlan kapcsolat van, és minden elektromos vagy mágneses jelenség mindig elektromágnesesnek bizonyul.
Lásd még: Elektromos és mágneses mező: mi a különbség?
Elektrosztatikus mező
A megfigyelőhöz képest stacionárius izolált testek körül vákuumban vagy dielektromos közegben csak elektromos mező észlelhető, térben és időben változatlan felesleggel (makroszkópos értelemben) az atomok ionizációja során kapott azonos előjelű elektromos töltések ( a villamosítás eredményeként - Testek villamosítása, töltések kölcsönhatása).Az ilyen mezőt elektrosztatikusnak nevezzük.
Az elektrosztatikus tér az álló elektromos tér egyik fajtája, és abban különbözik tőle, hogy az elektrosztatikus teret okozó elemi töltött részecskék csak kaotikus mozgásban vannak, míg az állóteret a kaotikus mozgásra szuperponált elektronok irányított mozgása határozza meg.
Ezen a területen a karakterisztikák állandósága a töltések térbeli eloszlásának folyamatos reprodukálásából adódik (egyensúlyi folyamat).
Elektrosztatikus térben nagyszámú egyedi töltésű részecske általános hatását folyamatos, kaotikus mozgásban különböző irányban, a töltött testen kívül olyan mezőként érzékeljük, amelynek elektromos töltése azonos előjelű, és amely idővel nem változik.
A mágneses komponens hatása az elektrosztatikus térben kölcsönösen semlegesíti a töltéshordozók kaotikus mozgását a világűrben, ezért nem észlelhető.
Az elektrosztatikus mező megkülönböztető jellemzője a forrás- és lefolyótestek jelenléte, amelyek különböző előjelű többlettöltést kapnak (olyan testek, amelyekből ez a mező kiáramlik, és amelyekbe áramlik).
Az elektrosztatikus tér és a villamosított testek, amelyek a mező forrásai és nyelői, elválaszthatatlanok egymástól, egyetlen fizikai entitást képviselnek.
Ebben az elektrosztatikus tér eltér a váltakozó elektromágneses tér elektromos komponensétől, amely szabad állapotban létezve örvényszerű, nincs forrása és lefolyása.
Az elektrosztatikus tér ezen állapotának fenntartásához nem kell energiát fordítani. Csak akkor szükséges, ha ez a mező létrejött (az elektromágneses mező folyamatos kibocsátásához energia szükséges).
Az elektrosztatikus teret az ebbe a mezőbe helyezett álló töltésű testekre ható mechanikai erővel, valamint az álló fémtesteken elektrosztatikus töltések indukálásával vagy irányításával, valamint az ebbe a mezőbe helyezett álló dielektromos testek polarizációjával lehet kimutatni.
Lásd még: