Campos de partículas cargadas, campos electromagnéticos y electrostáticos y sus componentes
Las partículas y los campos son dos tipos de materia. Un rasgo característico de la interacción de las partículas es que no tiene lugar en su contacto directo, sino a cierta distancia entre ellas.
Esto se debe a que las partículas están relacionadas con el campo que las rodea y determina la interacción entre ellas. Así, las partículas interactúan a través de sus campos.
Los campos se distribuyen en el espacio, a diferencia de las partículas discretas, de forma continua. Algunas interacciones son de naturaleza dual. Entonces, por ejemplo, un campo electromagnético que se propaga a través del espacio en forma de ondas se detecta simultáneamente en forma de partículas discretas: fotones.
En la naturaleza existen campos de varios tipos: gravitacionales (gravitacionales), magnetostáticos, electrostáticos, nucleares, etc. Cada campo se caracteriza por propiedades distintivas e inherentes.
Entre dos tipos de materia —partículas y campos— existe una conexión interna, que se manifiesta principalmente en el hecho de que cualquier cambio en el estado de las partículas se refleja directamente en el campo (y a la inversa, cualquier cambio en el campo afecta a las partículas). ), así como en presencia de propiedades generales: masa, energía, cantidad de movimiento o cantidad de movimiento, etc.
Además, las partículas pueden convertirse en un campo y el campo en las mismas partículas. Todo esto demuestra que materia y campo son dos tipos de materia.
Además, existe una diferencia entre campos y partículas, lo que nos permite considerarlos como diferentes tipos de materia.
Esta diferencia consiste en que las partículas elementales son discretas y ocupan un cierto volumen, son impermeables a otras partículas: el mismo volumen no puede ser ocupado por diferentes cuerpos y partículas. Los campos son continuos y tienen alta permeabilidad: campos de diferentes tipos pueden ubicarse simultáneamente en el mismo volumen de espacio.
Las partículas y los cuerpos pueden moverse en el espacio bajo la influencia de fuerzas externas, aceleradas o ralentizadas, es decir, la velocidad de movimiento de las partículas en el espacio puede ser diferente. Los campos se propagan a través del espacio a la misma velocidad, por ejemplo en el vacío, a una velocidad igual a la velocidad de la luz.
Dado que las partículas y los campos están estrechamente relacionados entre sí y constituyen un todo, es imposible establecer un límite exacto entre una partícula y su campo en el espacio.
Sin embargo, es posible especificar una región muy pequeña del espacio en la que se manifiestan las propiedades de una partícula discreta. En este sentido, es condicionalmente posible determinar las dimensiones partículas elementales… En el espacio fuera de la región especificada, se puede suponer que solo hay un campo asociado con una partícula elemental.
El campo electromagnético y sus componentes.
En ingeniería eléctrica, se considera un campo que es causado por el movimiento de partículas portadoras cargos electricos… Tal campo se llama electromagnético. Los fenómenos asociados a la propagación de este campo se denominan fenómenos electromagnéticos.
Los electrones que circulan en un átomo alrededor de un núcleo interactúan con los protones a través de un campo eléctrico, mientras que al mismo tiempo su movimiento equivale a una corriente eléctrica, que, como demuestra la experiencia, siempre está asociada a la presencia de un campo magnético.
Por lo tanto, el campo a través del cual interactúan entre sí las partículas elementales del átomo, es decir, el campo electromagnético, consta de dos campos: eléctrico y magnético. Estos campos están interconectados y son inseparables entre sí.
Externamente, el campo electromagnético bajo examen macroscópico se manifiesta en algunos casos en forma de campo estacionario y en otros casos en forma de campo alterno.
En el estado estacionario de los átomos de una sustancia dada, tanto el campo eléctrico (en este caso el campo en los átomos está completamente conectado con cargas iguales de diferentes signos) como el campo magnético (debido a la orientación caótica de las órbitas de los electrones) en el espacio exterior no se detecta.
Sin embargo, si se altera el equilibrio en el átomo (se forma un ion, el movimiento dirigido se superpone al movimiento caótico, las corrientes elementales de sustancias magnéticas se orientan en una dirección, etc.), entonces fuera de esta sustancia se puede detectar el campo.Además, si el estado especificado se mantiene sin cambios, las características del campo tienen un valor constante a lo largo del tiempo. Tal campo se llama campo estacionario.
El campo estacionario durante el examen macroscópico en varios casos se presenta en forma de un solo componente: ya sea en forma de campo eléctrico (por ejemplo, el campo de cuerpos cargados estacionarios), o en forma de campo magnético (por ejemplo, ejemplo, el campo de los imanes permanentes).
Los componentes de un campo electromagnético estacionario son inseparables de las partículas cargadas en movimiento: el componente eléctrico está asociado con las cargas eléctricas y el componente magnético acompaña (rodea) las partículas cargadas en movimiento.
Un campo electromagnético variable se forma como resultado del movimiento oscilante o cambiante de partículas cargadas, sistemas o constituyentes de campos estacionarios. Una característica de un campo de alta frecuencia de este tipo es que después de que ha surgido (después de haber sido emitido por una fuente), se separa de la fuente y entra al medio ambiente en forma de ondas.
La componente eléctrica de este campo existe en estado libre, separada de las partículas materiales y tiene carácter de vórtice. El mismo campo es el componente magnético: también existe en estado libre, no asociado con cargas en movimiento (o corriente eléctrica). Sin embargo, ambos campos representan un todo inseparable y en el proceso de movimiento en el espacio se transforman constantemente el uno en el otro.
El campo electromagnético variable se detecta por el impacto sobre partículas y sistemas situados en el camino de su propagación, que pueden ser puestos en movimiento oscilante, así como por medio de dispositivos que convierten la energía del campo electromagnético en energía de otro tipo. (por ejemplo, térmico) .
Un caso especial es la acción de este campo sobre los órganos visuales de los seres vivos (la luz son ondas electromagnéticas).
Componentes del campo electromagnético — campos electricos y magneticos fueron descubiertos y estudiados antes que el campo electromagnético, e independientemente uno del otro: no se descubrió entonces ninguna conexión entre ellos. Esto llevó a que ambas áreas fueran consideradas independientes.
Las consideraciones teóricas, luego confirmadas por la experiencia, muestran que existe una conexión inextricable entre los campos eléctricos y magnéticos, y cualquier fenómeno eléctrico o magnético siempre resulta ser electromagnético.
Ver también: Campo eléctrico y magnético: ¿cuáles son las diferencias?
Campo electrostático
Solo se detecta un campo eléctrico en el vacío o un medio dieléctrico alrededor de cuerpos aislados que están estacionarios con respecto al observador con un exceso invariable en el espacio y el tiempo (en el sentido macroscópico) cargas eléctricas del mismo signo obtenidas durante la ionización de los átomos ( como resultado de la mirada de electrificación - Electrificación de cuerpos, interacción de cargas).Tal campo se llama electrostático.
Un campo electrostático es un tipo de campo eléctrico estacionario y se diferencia de él en que las partículas cargadas elementales que causan el campo electrostático están solo en movimiento caótico, mientras que el campo estacionario está determinado por el movimiento dirigido de electrones superpuestos al movimiento caótico.
En este campo, la constancia de las características se debe a la reproducción continua de la distribución de cargas en el campo (proceso de equilibrio).
En un campo electrostático, la acción general de un gran número de partículas con carga única en movimiento caótico continuo en diferentes direcciones se percibe fuera de un cuerpo cargado como un campo con una carga eléctrica del mismo signo que no cambia con el tiempo.
El efecto del componente magnético en el campo electrostático se neutraliza mutuamente debido al movimiento caótico de los portadores de carga en el espacio exterior y, por lo tanto, no se detecta.
Una característica distintiva del campo electrostático es la presencia de cuerpos fuente y drenador, a los que se les dan cargas en exceso de diferente signo (cuerpos de los que parece fluir este campo y hacia los que fluye).
El campo electrostático y los cuerpos electrificados, que son fuentes y sumideros del campo, son inseparables entre sí y representan una entidad física.
En esto, el campo electrostático difiere de la componente eléctrica del campo electromagnético alterno, que, existiendo en un estado libre, tiene un carácter de vórtice, no tiene fuente ni drenaje.
No se gasta energía para mantener este estado del campo electrostático. Solo es necesario cuando se establece este campo (se necesita energía para emitir continuamente un campo electromagnético).
Un campo electrostático puede detectarse por la fuerza mecánica que actúa sobre cuerpos cargados estacionarios colocados en este campo, así como por la inducción o dirección de cargas electrostáticas sobre cuerpos metálicos estacionarios y por la polarización de cuerpos dieléctricos estacionarios colocados en este campo.
Ver también:
Características del campo eléctrico