สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก: อะไรคือความแตกต่าง?

คำว่า «ฟิลด์» ในภาษารัสเซียหมายถึงพื้นที่ขนาดใหญ่ที่มีองค์ประกอบสม่ำเสมอ เช่น ข้าวสาลีหรือมันฝรั่ง

ในทางฟิสิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้า ใช้เพื่ออธิบายสสารประเภทต่างๆ เช่น แม่เหล็กไฟฟ้า ที่ประกอบด้วยส่วนประกอบทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก

ประจุไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับรูปแบบของสสารเหล่านี้ เมื่ออยู่นิ่ง จะมีสนามไฟฟ้าอยู่รอบๆ และเมื่อเคลื่อนที่ ก็จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นด้วย

ความคิดของมนุษย์เกี่ยวกับธรรมชาติของสนามไฟฟ้า (แม่นยำยิ่งขึ้นคือไฟฟ้าสถิต) นั้นเกิดขึ้นจากการศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับคุณสมบัติของมัน เนื่องจากยังไม่มีวิธีการวิจัยอื่น โดยวิธีนี้พบว่ากระทำต่อประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่และ/หรือหยุดนิ่งด้วยแรงระดับหนึ่ง โดยการวัดมูลค่าจะมีการประเมินลักษณะการดำเนินงานหลัก

สนามไฟฟ้า

เกิดขึ้น:

• รอบ ๆ ประจุไฟฟ้า (วัตถุหรืออนุภาค);

• กับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก เช่น เกิดขึ้นขณะเคลื่อนที่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า. 

มันถูกวาดด้วยเส้นของแรงซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นประจุบวกและสิ้นสุดด้วยประจุลบ ประจุจึงเป็นแหล่งของสนามไฟฟ้า คุณสามารถ:

• ระบุการมีอยู่ของฟิลด์

• ป้อนค่าที่สอบเทียบเพื่อวัดค่า

สำหรับการใช้งานจริง ลักษณะพลังงาน ที่เรียกว่า แรงดันไฟฟ้า ซึ่งประมาณโดยการกระทำของประจุเดี่ยวที่มีเครื่องหมายบวก

สนามแม่เหล็ก

ดำเนินการเมื่อ:

• วัตถุไฟฟ้าและประจุที่เคลื่อนที่ด้วยความพยายามที่แน่นอน

• ช่วงเวลาแม่เหล็กโดยไม่ต้องคำนึงถึงสถานะของการเคลื่อนไหว

สร้างสนามแม่เหล็ก:

• ทางเดินของกระแสของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า

• โดยการรวมโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนภายในอะตอมหรืออนุภาคอื่นๆ

• ด้วยการเปลี่ยนแปลงชั่วคราวในสนามไฟฟ้า

มันถูกวาดด้วยเส้นแรง แต่พวกมันถูกปิดตามรูปร่างพวกมันไม่มีจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดซึ่งแตกต่างจากไฟฟ้า

ปฏิสัมพันธ์ของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

การให้เหตุผลทางทฤษฎีและคณิตศาสตร์ครั้งแรกของกระบวนการที่เกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าดำเนินการโดย James Clerk Maxwell เขานำเสนอระบบสมการของรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียลและอินทิกรัลซึ่งเขาแสดงความสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากับประจุไฟฟ้าและกระแสที่ไหลในตัวกลางต่อเนื่องหรือสุญญากาศ

ในการทำงานของเขาเขาใช้กฎหมาย:

• แอมแปร์ อธิบายการไหลของกระแสผ่านเส้นลวดและการสร้างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กรอบๆ

• ฟาราเดย์ อธิบายการเกิดกระแสไฟฟ้าจากการกระทำของสนามแม่เหล็กสลับบนตัวนำแบบปิด

งานของแมกซ์เวลล์กำหนดความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างการปรากฎของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กโดยขึ้นอยู่กับประจุที่กระจายอยู่ในอวกาศ

เวลาผ่านไปนานนับตั้งแต่การตีพิมพ์ผลงานของแมกซ์เวลล์ นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาการปรากฏตัวของข้อเท็จจริงการทดลองระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง แต่ถึงตอนนี้ก็ยังยากที่จะสร้างธรรมชาติของมัน ผลลัพธ์จะจำกัดเฉพาะการใช้งานจริงของปรากฏการณ์ที่กำลังพิจารณาเท่านั้น

สิ่งนี้อธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยระดับความรู้ของเราเราสามารถสร้างสมมติฐานได้เท่านั้นเนื่องจากตอนนี้เราสามารถสันนิษฐานได้บางอย่างเท่านั้น ท้ายที่สุด ธรรมชาติมีคุณสมบัติที่ไม่สิ้นสุดซึ่งยังคงต้องศึกษาอีกมากและเป็นเวลานาน

ลักษณะเปรียบเทียบของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

แหล่งการศึกษา

ความสัมพันธ์ร่วมกันระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กช่วยให้เข้าใจข้อเท็จจริงที่ชัดเจน: พวกมันไม่ได้แยกจากกัน แต่เชื่อมต่อกัน แต่พวกมันสามารถแสดงออกมาในรูปแบบต่างๆ โดยเป็นตัวแทนของเอนทิตีเดียว - สนามแม่เหล็กไฟฟ้า

หากเราจินตนาการว่าสนามประจุไฟฟ้าที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันถูกสร้างขึ้นจากอวกาศ ณ จุดใดจุดหนึ่ง ซึ่งอยู่นิ่งเมื่อเทียบกับพื้นผิวโลก ก็จะไม่สามารถระบุสนามแม่เหล็กที่อยู่รอบๆ

หากผู้สังเกตเริ่มเคลื่อนที่เมื่อเทียบกับประจุนี้ สนามก็จะเริ่มเปลี่ยนตามเวลา และส่วนประกอบทางไฟฟ้าจะก่อตัวเป็นแม่เหล็ก ซึ่งผู้วิจัยถาวรสามารถมองเห็นได้ด้วยเครื่องมือวัดของเขา

ในทำนองเดียวกัน ปรากฏการณ์เหล่านี้จะเกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กอยู่กับที่ถูกวางบนพื้นผิวบางส่วน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก เมื่อผู้สังเกตเริ่มเคลื่อนที่เข้าหา เขาจะตรวจพบลักษณะของกระแสไฟฟ้ากระบวนการนี้อธิบายปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่จะบอกว่า ณ จุดที่พิจารณาในอวกาศมีเพียงหนึ่งในสองสนาม: ไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก คำถามนี้จะต้องถามเกี่ยวกับกรอบอ้างอิง:

• เครื่องเขียน;

• เคลื่อนย้ายได้

กล่าวอีกนัยหนึ่ง กรอบอ้างอิงจะส่งผลต่อการแสดงสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในลักษณะเดียวกับการดูทิวทัศน์ผ่านตัวกรองของเฉดสีต่างๆ การเปลี่ยนแปลงสีของกระจกส่งผลต่อการรับรู้ของเราในภาพรวม แต่แม้ว่าเราจะใช้แสงธรรมชาติที่เกิดจากการส่องผ่านของแสงแดดผ่านบรรยากาศในอากาศเป็นพื้นฐาน แต่ก็ไม่ได้ให้ภาพที่แท้จริงโดยรวม จะบิดเบือนมัน

ซึ่งหมายความว่ากรอบอ้างอิงเป็นวิธีหนึ่งในการศึกษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้สามารถประเมินคุณสมบัติและการกำหนดค่าได้ แต่นั่นไม่สำคัญเลย

ตัวบ่งชี้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามไฟฟ้า

วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ที่แสดงการมีอยู่ของสนาม ณ ตำแหน่งเฉพาะในอวกาศ พวกเขาสามารถใช้กระดาษ ลูกบอล ปลอกแขน "สุลต่าน" ที่ถูกทำให้เป็นไฟฟ้าเพื่อสังเกตส่วนประกอบไฟฟ้า

ให้เราพิจารณาตัวอย่างที่วางลูกบอลตัวบ่งชี้สองลูกไว้ในระบบกันสะเทือนแบบอิสระที่ด้านใดด้านหนึ่งของอิเล็กทริกไฟฟ้าแบบแบน พวกมันจะถูกดึงดูดเข้าหาพื้นผิวเท่าๆ กัน และจะขยายเป็นเส้นตรง

ในขั้นที่สอง เราวางแผ่นโลหะแบนระหว่างลูกบอลลูกใดลูกหนึ่งกับไดอิเล็กตริกที่ถูกทำให้เป็นไฟฟ้า สิ่งนี้จะไม่เปลี่ยนแรงที่กระทำต่อตัวบ่งชี้ ลูกบอลจะไม่เปลี่ยนตำแหน่ง

ขั้นตอนที่สามของการทดลองเกี่ยวข้องกับการต่อสายดินของแผ่นโลหะ ทันทีที่สิ่งนี้เกิดขึ้น ลูกบอลตัวบ่งชี้ที่อยู่ระหว่างไดอิเล็กตริกไฟฟ้าและโลหะที่ต่อสายดินจะเปลี่ยนตำแหน่งโดยเปลี่ยนทิศทางเป็นแนวตั้ง มันจะไม่ถูกดึงดูดไปที่จานและจะอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของแรงโน้มถ่วงเท่านั้น

ประสบการณ์นี้แสดงให้เห็นว่าเกราะป้องกันโลหะที่ต่อลงดินขัดขวางการแพร่กระจายของเส้นสนามไฟฟ้า

สนามแม่เหล็ก

ในกรณีนี้ ตัวบ่งชี้สามารถ:

• ตะไบเหล็ก

• วงปิดที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

• เข็มแม่เหล็ก (ตัวอย่างเข็มทิศ)

หลักการกระจายเศษเหล็กตามแนวแรงแม่เหล็กนั้นแพร่หลายที่สุด นอกจากนี้ยังรวมอยู่ในการทำงานของเข็มแม่เหล็กซึ่งเพื่อลดการต่อต้านของแรงเสียดทานได้รับการแก้ไขที่จุดแหลมและทำให้ได้รับอิสระในการหมุนเพิ่มเติม

กฎหมายที่อธิบายการโต้ตอบของฟิลด์กับเนื้อหาที่มีประจุ

สนามไฟฟ้า

งานทดลองของคูลอมบ์ซึ่งดำเนินการโดยจุดประจุที่แขวนอยู่บนเกลียวของควอตซ์ที่บางและยาว ช่วยอธิบายภาพของกระบวนการที่เกิดขึ้นในสนามไฟฟ้า

เมื่อลูกบอลพุ่งเข้ามาใกล้พวกเขา ลูกเตะลูกหลังจะส่งผลต่อตำแหน่งของพวกเขา บังคับให้พวกเขาเบี่ยงออกไปจำนวนหนึ่ง ค่านี้จะถูกกำหนดไว้ที่หน้าปัดมาตราส่วนของอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ

ด้วยวิธีนี้พลังของการกระทำร่วมกันระหว่างประจุไฟฟ้าที่เรียกว่า ไฟฟ้า, ปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์… มีการอธิบายด้วยสูตรทางคณิตศาสตร์ที่ช่วยให้สามารถคำนวณอุปกรณ์ที่ออกแบบเบื้องต้นได้

สนามแม่เหล็ก

มันทำงานได้ดีที่นี่ กฎของแอมแปร์ ขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ภายในเส้นแรงแม่เหล็ก

กฎที่ใช้การจัดนิ้วของมือซ้ายใช้กับทิศทางของแรงที่กระทำต่อสายนำไฟฟ้า นิ้วทั้งสี่ที่ประกบกันจะต้องอยู่ในทิศทางของกระแสน้ำ และเส้นแรงของสนามแม่เหล็กจะต้องเข้าสู่ฝ่ามือ จากนั้นนิ้วหัวแม่มือที่ยื่นออกมาจะแสดงทิศทางของแรงที่ต้องการ

กราฟิกการบิน

เส้นแรงใช้เพื่อระบุในระนาบของภาพวาด

สนามไฟฟ้า

เพื่อระบุเส้นความเครียดในสถานการณ์นี้ ฟิลด์ที่เป็นไปได้จะถูกใช้เมื่อมีประจุไฟฟ้าอยู่กับที่ เส้นแรงออกมาจากประจุบวกและไปที่ประจุลบ

ตัวอย่างของการสร้างแบบจำลองสนามไฟฟ้าคือความแตกต่างของการวางผลึกควินินในน้ำมัน วิธีการที่ทันสมัยกว่าคือการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ของนักออกแบบกราฟิก

พวกมันช่วยให้คุณสร้างภาพของพื้นผิวที่มีศักย์เท่ากัน ประเมินค่าตัวเลขของสนามไฟฟ้า และวิเคราะห์สถานการณ์ต่างๆ

สนามแม่เหล็ก

เพื่อความชัดเจนในการแสดงที่มากขึ้น พวกเขาใช้เส้นที่มีลักษณะเฉพาะของสนามกระแสน้ำวนเมื่อปิดด้วยลูป ตัวอย่างข้างต้นพร้อมตะไบเหล็กแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงปรากฏการณ์นี้

ลักษณะอำนาจ

เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่มี:

• การดำเนินการบางอย่าง

• ค่าแรงคำนวณโดยสูตรที่สอดคล้องกัน

สนามไฟฟ้า

เวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าที่หนึ่งหน่วยประจุสามารถแสดงในรูปของภาพสามมิติได้

ขนาดของมัน:

• ห่างจากศูนย์กลางของค่าใช้จ่าย;

• มีมิติที่ขึ้นอยู่กับวิธีการคำนวณ

• ถูกกำหนดโดยการกระทำที่ไม่สัมผัส นั่นคือ ในระยะทาง เป็นอัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อประจุ

สนามแม่เหล็ก

แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดสามารถดูได้ดังตัวอย่างในรูปต่อไปนี้

เส้นแรงแม่เหล็กในนั้นจากแต่ละรอบนอกมีทิศทางเดียวกันและรวมกัน ภายในพื้นที่แบบเลี้ยวต่อเลี้ยว ด้วยเหตุนี้สนามภายในจึงอ่อนแอลง

ขนาดของแรงดันไฟฟ้าได้รับผลกระทบจาก:

• ความแรงของกระแสที่ผ่านขดลวด

• จำนวนและความหนาแน่นของขดลวดซึ่งกำหนดความยาวตามแนวแกนของขดลวด

กระแสที่สูงขึ้นจะเพิ่มแรงแม่เหล็ก นอกจากนี้ ในขดลวดสองขดที่มีจำนวนรอบเท่ากันแต่ความหนาแน่นของขดลวดต่างกัน เมื่อกระแสเท่ากันไหล แรงนี้จะสูงขึ้นเมื่อรอบใกล้กัน

ดังนั้น สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจึงมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจน แต่เป็นส่วนประกอบที่เชื่อมต่อถึงกันของสิ่งทั่วไปอย่างหนึ่ง นั่นคือแม่เหล็กไฟฟ้า