สนามอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและไฟฟ้าสถิต และส่วนประกอบ

อนุภาคและสนามเป็นสสารสองประเภท คุณลักษณะเฉพาะของการทำงานร่วมกันของอนุภาคคือมันไม่ได้เกิดขึ้นในการสัมผัสโดยตรง แต่อยู่ในระยะห่างระหว่างกัน

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอนุภาคเกี่ยวข้องกับสนามที่ล้อมรอบพวกมันและกำหนดปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมัน ดังนั้น อนุภาคจึงมีปฏิสัมพันธ์ผ่านสนามของพวกมัน

ฟิลด์กระจายอยู่ในอวกาศซึ่งแตกต่างจากอนุภาคที่ไม่ต่อเนื่อง ปฏิสัมพันธ์บางอย่างมีลักษณะเป็นคู่ ตัวอย่างเช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายผ่านอวกาศในรูปของคลื่นจะถูกตรวจพบพร้อมกันในรูปของอนุภาคที่ไม่ต่อเนื่อง - โฟตอน

ในธรรมชาติมีสนามหลายประเภท: แรงโน้มถ่วง (ความโน้มถ่วง), สนามแม่เหล็ก, ไฟฟ้าสถิต, นิวเคลียร์ ฯลฯ แต่ละเขตข้อมูลมีลักษณะเฉพาะโดยคุณสมบัติโดยธรรมชาติ

ระหว่างสสารสองประเภท - อนุภาคและสนาม - มีการเชื่อมต่อภายในซึ่งแสดงให้เห็นเป็นหลักในข้อเท็จจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสถานะของอนุภาคจะสะท้อนให้เห็นโดยตรงในสนาม (และในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสนามจะส่งผลกระทบต่ออนุภาค ) เช่นเดียวกับการมีอยู่ของคุณสมบัติทั่วไป: มวล พลังงาน โมเมนตัมหรือโมเมนตัม เป็นต้น

นอกจากนี้ อนุภาคยังสามารถกลายเป็นสนาม และสนามกลายเป็นอนุภาคเดียวกัน ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นว่าสสารและสนามเป็นสสารสองประเภท

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างระหว่างสนามและอนุภาคซึ่งทำให้เราสามารถพิจารณาว่าเป็นสสารประเภทต่างๆ

ความแตกต่างนี้ประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคมูลฐานไม่ต่อเนื่องกันและครอบครองปริมาตรที่แน่นอน พวกมันไม่สามารถผ่านอนุภาคอื่นได้: วัตถุและอนุภาคต่างชนิดกันไม่สามารถครอบครองปริมาตรเดียวกันได้ เขตข้อมูลมีความต่อเนื่องและมีการซึมผ่านสูง: เขตข้อมูลประเภทต่าง ๆ สามารถอยู่พร้อมกันในพื้นที่เดียวกัน

อนุภาคและวัตถุสามารถเคลื่อนที่ในอวกาศภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก เร่งหรือช้าลง นั่นคือความเร็วของการเคลื่อนที่ของอนุภาคในอวกาศอาจแตกต่างกัน สนามแพร่กระจายผ่านอวกาศด้วยความเร็วเดียวกัน เช่น ในสุญญากาศ - ด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วแสง

เนื่องจากอนุภาคและสนามสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดและก่อตัวเป็นอนุภาคทั้งหมด จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างขอบเขตที่แน่นอนระหว่างอนุภาคและสนามของอนุภาคในอวกาศ

อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ที่จะระบุพื้นที่ขนาดเล็กมากที่แสดงคุณสมบัติของอนุภาคที่ไม่ต่อเนื่อง ในแง่นี้ การกำหนดมิติสามารถทำได้ตามเงื่อนไข อนุภาคมูลฐาน… ในช่องว่างนอกขอบเขตที่กำหนด สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีเพียงเขตข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคมูลฐาน

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและส่วนประกอบ

ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า ถือว่าสนามที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคพาหะ ค่าไฟฟ้า… สนามดังกล่าวเรียกว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของสนามนี้เรียกว่าปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

อิเล็กตรอนที่ไหลเวียนในอะตอมรอบนิวเคลียสมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตอนผ่านสนามไฟฟ้า ในขณะเดียวกันการเคลื่อนที่ของพวกมันก็เทียบเท่ากับกระแสไฟฟ้า ซึ่งจากประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กเสมอ

ดังนั้นสนามที่อนุภาคมูลฐานของอะตอมมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน นั่นคือ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วยสนามสองสนาม: ไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ฟิลด์เหล่านี้เชื่อมต่อกันและแยกออกจากกันไม่ได้

ภายนอกสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายใต้การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์ในบางกรณีจะปรากฏในรูปแบบของสนามนิ่งและในกรณีอื่น ๆ ในรูปแบบของสนามสลับ

ในสถานะหยุดนิ่งของอะตอมของสารหนึ่งๆ ทั้งสนามไฟฟ้า (ในกรณีนี้ สนามในอะตอมจะเชื่อมต่อกันอย่างสมบูรณ์ด้วยประจุที่เท่ากันของสัญญาณต่างๆ) และสนามแม่เหล็ก (เนื่องจากการวางแนวที่วุ่นวายของวงโคจรของอิเล็กตรอน) ใน ตรวจไม่พบพื้นที่ภายนอก

อย่างไรก็ตาม หากสมดุลในอะตอมถูกรบกวน (ไอออนก่อตัวขึ้น การเคลื่อนที่แบบไดเรกชันจะถูกทับบนการเคลื่อนที่แบบโกลาหล กระแสมูลฐานของสารแม่เหล็กจะหันไปในทิศทางเดียว ฯลฯ) จากนั้นสนามแม่เหล็กจะถูกตรวจจับได้จากภายนอกสารนี้นอกจากนี้ หากสถานะที่ระบุไม่เปลี่ยนแปลง ลักษณะเฉพาะของฟิลด์จะมีค่าคงที่ตลอดเวลา สนามดังกล่าวเรียกว่าสนามนิ่ง

สนามที่อยู่นิ่งระหว่างการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ในหลายกรณีเกิดขึ้นในรูปแบบขององค์ประกอบเดียวเท่านั้น: ทั้งในรูปแบบของสนามไฟฟ้า (เช่น สนามของวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง) หรือในรูปแบบของสนามแม่เหล็ก (สำหรับ เช่น สนามแม่เหล็กถาวร)

ส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่นิ่งจะแยกออกจากอนุภาคมีประจุที่เคลื่อนที่ไม่ได้: ส่วนประกอบไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้า และส่วนประกอบแม่เหล็กจะมาพร้อมกับ (รอบๆ) อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผันแปรได้เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงหรือการเคลื่อนที่แบบสั่นของอนุภาค ระบบ หรือส่วนประกอบที่มีประจุไฟฟ้าของสนามที่อยู่นิ่ง ลักษณะของสนามความถี่สูงดังกล่าวคือหลังจากที่มันเกิดขึ้น (หลังจากถูกปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิด) มันจะถูกแยกออกจากแหล่งกำเนิดและเข้าสู่สิ่งแวดล้อมในรูปของคลื่น

ส่วนประกอบทางไฟฟ้าของสนามนี้อยู่ในสถานะอิสระ โดยแยกออกจากอนุภาคของวัสดุและมีลักษณะเป็นกระแสน้ำวน สนามเดียวกันคือส่วนประกอบแม่เหล็ก: มันยังอยู่ในสถานะอิสระ ไม่เกี่ยวข้องกับประจุเคลื่อนที่ (หรือกระแสไฟฟ้า) อย่างไรก็ตามฟิลด์ทั้งสองเป็นตัวแทนของส่วนที่แยกออกไม่ได้และในกระบวนการของการเคลื่อนไหวในอวกาศจะเปลี่ยนเข้าหากันตลอดเวลา

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าผันแปรถูกตรวจพบโดยผลกระทบต่ออนุภาคและระบบที่อยู่ในเส้นทางของการแพร่กระจายซึ่งสามารถตั้งค่าเป็นการเคลื่อนที่แบบสั่นได้เช่นเดียวกับอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานประเภทอื่น (เช่น ความร้อน) .

กรณีพิเศษคือการกระทำของสนามนี้ต่ออวัยวะที่มองเห็นของสิ่งมีชีวิต (แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า)

ส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า — สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ถูกค้นพบและศึกษาก่อนสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และเป็นอิสระจากกัน ไม่พบการเชื่อมต่อระหว่างกัน สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าทั้งสองพื้นที่ได้รับการพิจารณาว่าเป็นอิสระ

การพิจารณาทางทฤษฎีแล้วได้รับการยืนยันโดยการทดลอง แสดงว่ามีการเชื่อมต่อที่แยกไม่ออกระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก และปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กใดๆ จะกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเสมอ

ดูสิ่งนี้ด้วย: สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก: อะไรคือความแตกต่าง?

สนามไฟฟ้าสถิต

ตรวจพบเฉพาะสนามไฟฟ้าในสุญญากาศหรือสื่ออิเล็กทริกรอบ ๆ วัตถุที่แยกได้ซึ่งอยู่นิ่งเมื่อเทียบกับผู้สังเกตโดยมีประจุไฟฟ้าส่วนเกินที่ไม่เปลี่ยนแปลงในอวกาศและเวลา (ในความหมายมหภาค) ของเครื่องหมายเดียวกันที่ได้รับระหว่างการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอม ( อันเป็นผลมาจากรูปลักษณ์ของไฟฟ้า - การนำไฟฟ้าของร่างกาย การทำงานร่วมกันของประจุ). สนามดังกล่าวเรียกว่าไฟฟ้าสถิต.

สนามไฟฟ้าสถิตเป็นสนามไฟฟ้าที่อยู่นิ่งประเภทหนึ่ง และแตกต่างจากสนามไฟฟ้าตรงที่อนุภาคที่มีประจุมูลฐานที่ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าสถิตจะอยู่ในการเคลื่อนที่แบบโกลาหลเท่านั้น ในขณะที่สนามไฟฟ้าที่อยู่นิ่งจะถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนโดยตรงซึ่งซ้อนทับกับการเคลื่อนที่แบบโกลาหล

ในฟิลด์นี้ ความคงตัวของคุณลักษณะนั้นเกิดจากการสร้างซ้ำอย่างต่อเนื่องของการกระจายประจุในสนาม (กระบวนการสมดุล)

ในสนามไฟฟ้าสถิต การกระทำทั่วไปของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเฉพาะจำนวนมากในการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายอย่างต่อเนื่องในทิศทางต่างๆ กันนั้นถูกมองว่าภายนอกวัตถุที่มีประจุเป็นสนามที่มีประจุไฟฟ้าของเครื่องหมายเดียวกันซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป

ผลกระทบของส่วนประกอบแม่เหล็กในสนามไฟฟ้าสถิตจะถูกทำให้เป็นกลางร่วมกันเนื่องจากการเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายของตัวพาประจุในอวกาศ ดังนั้นจึงตรวจไม่พบ

คุณสมบัติที่โดดเด่นของสนามไฟฟ้าสถิตคือการมีแหล่งกำเนิดและตัวระบายน้ำซึ่งได้รับประจุส่วนเกินของสัญญาณต่างๆ (ร่างกายที่สนามนี้ไหลและไหลเข้าไป)

สนามไฟฟ้าสถิตและวัตถุไฟฟ้าสถิตซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดและแหล่งรวมของสนามไฟฟ้านั้นแยกออกจากกันไม่ได้ ซึ่งเป็นตัวแทนของวัตถุทางกายภาพหนึ่งเดียว

ในเรื่องนี้สนามไฟฟ้าสถิตแตกต่างจากส่วนประกอบไฟฟ้าของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งมีอยู่ในสถานะอิสระ มีลักษณะเป็นกระแสน้ำวน ไม่มีแหล่งที่มาและท่อระบายน้ำ

ไม่มีการใช้พลังงานเพื่อรักษาสถานะของสนามไฟฟ้าสถิตนี้ จำเป็นก็ต่อเมื่อสร้างสนามนี้แล้ว (ต้องใช้พลังงานเพื่อปล่อยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาอย่างต่อเนื่อง)

สนามไฟฟ้าสถิตสามารถตรวจจับได้โดยแรงทางกลที่กระทำต่อวัตถุที่มีประจุซึ่งอยู่นิ่งซึ่งวางอยู่ในสนามนี้ เช่นเดียวกับการเหนี่ยวนำหรือควบคุมประจุไฟฟ้าสถิตบนวัตถุโลหะที่อยู่นิ่งและโดยการโพลาไรเซชันของวัตถุไดอิเล็กตริกที่อยู่นิ่งซึ่งวางอยู่ในสนามนี้

ดูสิ่งนี้ด้วย:

ลักษณะสนามไฟฟ้า

ตัวนำในสนามไฟฟ้า

ไดอิเล็กตริกในสนามไฟฟ้า