Какими свойствами обладает магнитное и электрическое поле
Магнитное поле это материя, которая возникает вокруг источников электрического тока, а также вокруг постоянных магнитов. В пространстве магнитное поле отображается как совокупление сил, которые способны оказать воздействие на намагниченные тела. Это действие объясняется наличием движущих разрядов на молекулярном уровне.
Магнитное поле формируется только вокруг электрических зарядов, которые находятся в движении. Именно поэтому магнитное и электрическое поле являются, неотъемлемыми и вместе формируют электромагнитное поле. Компоненты магнитного поля взаимосвязаны и воздействуют друг на друга, изменяя свои свойства.
Свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.
2. В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция, которая является силовой характеристикой магнитного поля.
3. Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.
4. Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа
5. Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.
6. Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.
7. Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.
Размер магнитного поля зависит от скорости изменения магнитного поля. Соответственно этому признаку существуют два вида магнитного поля: динамичное магнитное поле и гравитационное магнитное поле. Гравитационное магнитное поле возникает только вблизи элементарных частиц и формируется в зависимости от особенностей строения этих частиц.
Магнитный момент возникает в том случае, когда магнитное поле воздействует на токопроводящую раму. Другими словами, магнитный момент это вектор, который расположен на ту линию, которая идет перпендикулярно раме.
Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных силовых линий. Эти линии проводятся в таком направлении, так чтобы направление сил поля совпало с направлением самой силовой линии. Магнитные силовые линии являются непрерывными и замкнутыми одновременно.
Направление магнитного поля определяется с помощью магнитной стрелки. Силовые линии определяют также полярность магнита, конец с выходом силовых линий это северный полюс, а конец, с входом этих линий, это южный полюс.
Очень удобно наглядно оценить магнитное поле с помощью обычных железных опилок и листка бумаги.
Если мы на постоянный магнит положим лист бумаги, а сверху насыпим опилок, то частички железа выстроятся соответственно силовым линиям магнитного поля.
Направление силовых линий для проводника удобно определять по знаменитому правилу буравчика или правилу правой руки. Если мы обхватим проводник рукой так, чтобы большой палец смотрел по направлению тока(от плюса к минусу), то 4 оставшиеся пальцы покажут нам направление силовых линий магнитного поля.
А направление силы Лоренца — силы, с которой действует магнитное поле на заряженную частицу или проводник с током, по правилу левой руки.
Если мы расположим левую руку в магнитном поле так, что 4 пальца смотрели по направлению тока в проводнике , а силовые линии входили в ладонь, то большой палец укажет направление силы Лоренца, силы действующей на проводник помещенный в магнитное поле.
На этом собственно всё. Появившиеся вопросы обязательно задавайте в комментариях.
Заметка: учите инглиш? — рейтинг школ английского языка (https://www.schoolrate.ru/) будет вам полезен при выборе.
Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:
Подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электрическое поле, так и в пространстве окружающем токи, возникает особого вида поле, называемое магнитным полем.
Магнитное поле проявляется по силам, действующим на проводники с током, на движущиеся заряды или постоянные магниты.
Неподвижные электрические заряды не создают магнитное поле и постоянное магнитное поле не действует на неподвижные электрические заряды.
Опыт показывает, что неподвижный заряд и магнитная стрелка не влияют друг на друга.
При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле, действующее на магнитную стрелку, которая стремится занять положение поперек проводника при взгляде сверху.
Опыт Эрстеда (1820 г.), показывающий действие магнитного поля проводника с током на магнитную стрелку.
Характеристики магнитного поля
I. Вектор магнитной индукции (В) – совпадает по направлению с силой, действующей на северный полюс магнитной стрелки.
II. Линии магнитной индукции – кривые, в каждой точке которых, вектор магнитной индукции В направлен по касательной.
Свойства линий магнитной индукции
1. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники стоком.
2. Вблизи проводника линии магнитной индукции лежат в плоскости перпендикулярной проводнику с током.
3. Направление линий магнитной индукции определяется по правилу буравчика: если ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление вращения его рукоятки укажет направление линий магнитной индукции.
Магнитное поле прямолинейного проводника с током.
Правило буравчика обратимо и для круговых токов его удобно применять в следующей формулировке: если вращать рукоятку буравчика по направлению кругового тока, то поступательное движение острия буравчика укажет направление линий магнитной индукции.
Линии магнитной индукции полей постоянного магнита, прямого тока, кругового тока и катушки с током.
Обратите внимание на аналогию магнитных полей постоянного магнита и катушки с током. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми. Картину магнитной индукции можно наблюдать с помощью мелких железных опилок, которые в магнитном поле намагничиваются и, подобно маленьким магнитным стрелкам, ориентируются вдоль линий индукции.
III. Вектор напряженности магнитного поля H.
Согласно предположению французского физика А. Ампера, в любом теле существуют микроскопические (молекулярные) токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Эти токи создают свое магнитное поле и могут поворачиваться в магнитных полях макроскопических токов (токов, текущих в проводниках). Так, если вблизи какого-то тела (среды) поместить проводник с током, то под действием его магнитного поля микротоки в атомах тела определенным образом ориентируются, создавая тем самым дополнительное магнитное поле. Поэтому вектор магнитной индукции B характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми макро- и микротоками, т.е. при одном и том же токе I и прочих равных условиях вектор B в различных средах будет иметь разные значения.
Магнитное поле, создаваемое макротоками, характеризуется вектором напряженности H. Для однородной изотропной среды связь между векторами индукции B и напряженности H магнитного поля определяется выражением
В =μ₀μН, где
магнитная постоянная, μ — магнитная проницаемость среды (безразмерная величина), показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет поля микротоков данной среды.
Единица напряженности магнитного поля: 1 А/м — напряженность такого поля, магнитная индукция которого в вакууме равна 4π·10-7 Тл.
Такой термин, как «поле» в нашем языке имеет общее, достаточно обширное понятие (например, картофельное или футбольное). А вот в точных науках, таких как физика и электротехника — это название применяется для того, чтобы описать определенные виды материи. Так, электромагнитная материя представляет собой две составных части: электрическую и магнитную.
С указанными формами материи непосредственно связан электрический заряд. И у этого заряда имеется характерная особенность. В неподвижном состоянии вокруг него постоянно существует электрическое поле, а как только заряд начинает осуществлять направленное движение, то появляется еще и магнитное поле. Рассмотрим характерные особенности электрического и магнитного полей по отдельности.
Два поля
- Электрическое поле образуется вокруг каких-либо тел, или частиц, обладающих определенной величиной электрического заряда. Если происходят определенные изменения параметров магнитного поля, этот процесс сопровождается перемещением электромагнитных волн. Для наглядности на схемах такие поля изображаются в виде силовых линий (пунктиров), которые начинаются у положительно заряженных частиц и заканчиваются стрелками, касающимися отрицательно заряженных частиц. Именно заряды здесь являются основой для существования электрического поля.
В процессе проведения исследований и в целях боле эффективного практического применения данного явления, ему дано название напряженность. Оценивается по степени воздействия на единичный (с положительным знаком) заряд.
- Магнитное поле оказывает иной вид воздействия, прежде всего – на различные электрические тела и заряды, которые находятся в движении. Магнитные моменты учитываются без определения фактической величины движения, а само поле создается в ходе прохождения тока заряженных частиц. Величина поля – это сумма магнитных моментов электронов, находящихся внутри атомов или иных частиц.
Здесь также применяется метод графического изображения при помощи силовых пунктирных линий. Но в отличие от схематического изображения электрического поля, эти линии замкнуты по контуру и не имеют определенной точки начала (равно, как и конца).
Как происходит взаимодействие электрического и магнитного полей
Первые достаточно точные обоснования и выводы (как теоретические, так и практические) по результатам исследований процессов внутри данных полей сделал великий ученый Д. Максвелл. Он показал, какая взаимосвязь происходит между эклектическими зарядами и протекающими токами электромагнитного поля. Для проведения исследований и получения результатов, были применены ранее сформулированные законы Ампера и Фарадея. В трудах физика было определено точное соотношение между электрическим и магнитным полем, которое возникало вследствие определенного способа распределения зарядов в пространстве.
Сравнение полей: электрического и магнитного
Важно понять, что электрическое и магнитное поле – это не обособленные понятия, а единый комплекс, получивший название электромагнитного поля. Следовательно, и изучать это поле необходимо параллельно, относясь к исследуемому явлению, как к единому целому.
Утверждение, что в какой-либо определенной точке пространства может иметься только одно из действующих полей, не может быть принято во внимание, более того – оно бессмысленно. Вопрос может быть поставлен исключительно с учетом типа исследуемой системы, которая может быть стационарной или подвижной.
В целом, сама система отсчета – это составная часть исследования электромагнитного поля. По характеристикам системы можно делать оценку, касательно свойств и конфигурации электромагнитного поля. Но абсолютной значимости система не имеет.
Что может быть применено в качестве индикаторов электромагнитного поля
Для электрического поля – это заряженные тела. Именно они указывают на наличие в определенном месте пространства поля. При проведении опытов и наблюдений широко используются такие подручные материалы, как:
– мелкие кусочки бумаги;
– небольшие комочки, бумажные шарики;
– гильзы;
– так называемые «султаны».
Чтобы «увидеть» магнитное поле, можно использовать стальные опилки либо замкнутый контур, по которому протекает электрический ток. Еже проще – использовать магнитную стрелку, которая имеется на каждом компасе.
«Законодательная база»
Исследование полей, магнитного и электрического, осуществляется по ранее открытым физическим законам. Так, для электрического поля, при исследовании протекающих внутри него процессов, бесценную помощь оказали исследования и опыты, проведенные кулоном. Магнитное поле проще себе представить, воспользовавшись законом Ампера, применительно к расположению ладони человека. Так, чтобы определить направление действия силы, воздействующей на проводник, необходимо расположить ладонь следующим образом:
– 4 пальца, сложенные вместе, указывают на направление протекающего тока;
– силовые линии магнитного поля входят в ладонь;
– большой палец руки, находящийся под углом в 90 градусов по отношению к другим пальцам ладони, укажет направление воздействия искомой силы.
Подведем итог
В заключении необходимо отметить: электрическое и магнитное поля существенно отличаются друг от друга. Но это не мешает им тесно взаимодействовать, оставаясь составными частями одного целого – электромагнитного поля!
Òåðìèíîì «ïîëå» â ðóññêîì ÿçûêå îáîçíà÷àþò î÷åíü áîëüøîå ïðîñòðàíñòâî îäíîðîäíîãî ñîñòàâà, íàïðèìåð, ïøåíè÷íîå èëè êàðòîôåëüíîå.
 ôèçèêå è ýëåêòðîòåõíèêå åãî èñïîëüçóþò äëÿ îïèñàíèÿ ðàçëè÷íûõ âèäîâ ìàòåðèè, íàïðèìåð, ýëåêòðîìàãíèòíîé, ñîñòîÿùåé èç ýëåêòðè÷åñêîé è ìàãíèòíîé ñîñòàâëÿþùèõ.
Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä ñâÿçàí ñ ýòèìè ôîðìàìè ìàòåðèè. Êîãäà îí íåïîäâèæåí, òî âîêðóã íåãî âñåãäà åñòü ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, à ïðè äâèæåíèè îáðàçóåòñÿ åùå è ìàãíèòíîå.
Ïðåäñòàâëåíèå ÷åëîâåêà î ïðèðîäå ýëåêòðè÷åñêîãî (áîëåå òî÷íîå îïðåäåëåíèå ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî) ïîëÿ ñëîæèëîñü íà îñíîâå èññëåäîâàíèé îïûòíûì ïóòåì åãî ñâîéñòâ, èáî äðóãîãî ìåòîäà èçó÷åíèÿ ïîêà íå ñóùåñòâóåò. Ïðè ýòîì ñïîñîáå âûÿâëåíî, ÷òî îíî âîçäåéñòâóåò íà äâèæóùèåñÿ è/èëè íåïîäâèæíûå ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû ñ îïðåäåëåííîé ñèëîé. Ïî èçìåðåíèÿì åå âåëè÷èíû îöåíèâàþò îñíîâíûå ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè.
Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå
Îíî îáðàçóåòñÿ:
âîêðóã ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ (òåë èëè ÷àñòèö);
ïðè èçìåíåíèÿõ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, êàê, íàïðèìåð, ïðîèñõîäèò âî âðåìÿ ïåðåìåùåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí.
Èçîáðàæàþò åãî ñèëîâûìè ëèíèÿìè, êîòîðûå ïðèíÿòî ïîêàçûâàòü èñõîäÿùèìè èç ïîëîæèòåëüíûõ çàðÿäîâ è îêàí÷èâàþùèìèñÿ íà îòðèöàòåëüíûõ. Òàêèì îáðàçîì, çàðÿäû ÿâëÿþòñÿ èñòî÷íèêàìè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Ïî äåéñòâèþ íà íèõ ìîæíî:
âûÿâèòü íàëè÷èå ïîëÿ;
ââåñòè êàëèáðîâàííóþ âåëè÷èíó äëÿ èçìåðåíèÿ åãî çíà÷åíèÿ.
Äëÿ ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ âûáðàíà ñèëîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà, íàçûâàåìàÿ íàïðÿæåííîñòüþ, êîòîðàÿ îöåíèâàåòñÿ ïî äåéñòâèþ íà åäèíè÷íûé çàðÿä ïîëîæèòåëüíîãî çíàêà.
Ìàãíèòíîå ïîëå
Îíî äåéñòâóåò íà:
ýëåêòðè÷åñêèå òåëà è çàðÿäû, íàõîäÿùèåñÿ â äâèæåíèè ñ îïðåäåë¸ííûì óñèëèåì;
ìàãíèòíûå ìîìåíòû áåç ó÷åòà ñîñòîÿíèé èõ äâèæåíèÿ.
Ìàãíèòíîå ïîëå ñîçäàåòñÿ:
ïðîõîæäåíèåì òîêà çàðÿæåííûõ ÷àñòèö;
ñóììèðîâàíèåì ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ ýëåêòðîíîâ âíóòðè àòîìîâ èëè äðóãèõ ÷àñòèö;
ïðè âðåìåííîì èçìåíåíèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ.
Åãî òîæå èçîáðàæàþò ñèëîâûìè ëèíèÿìè, íî îíè çàìêíóòû ïî êîíòóðó, íå èìåþò íà÷àëà è êîíöà â ïðîòèâîïîëîæíîñòü ýëåêòðè÷åñêèì.
Âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ïîëåé
Ïåðâîå òåîðåòè÷åñêîå è ìàòåìàòè÷åñêîå îáîñíîâàíèå ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ âíóòðè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, âûïîëíèë Äæåéìñ Êëåðê Ìàêñâåëë. Îí ïðåäñòàâèë ñèñòåìó óðàâíåíèé äèôôåðåíöèàëüíîé è èíòåãðàëüíîé ôîðì, â êîòîðûõ ïîêàçàë ñâÿçè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ ýëåêòðè÷åñêèìè çàðÿäàìè è ïðîòåêàþùèìè òîêàìè âíóòðè ñïëîøíûõ ñðåä ëèáî âàêóóìà.
 ñâîåì òðóäå îí èñïîëüçîâàë çàêîíû:
Àìïåðà, îïèñûâàþùèå ïðîòåêàíèå òîêà ïî ïðîâîäíèêó è ñîçäàíèå âîêðóã íåãî ìàãíèòíîé èíäóêöèè;
Ôàðàäåÿ, îáúÿñíÿþùåãî âîçíèêíîâåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà îò âîçäåéñòâèÿ ïåðåìåííîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ íà çàìêíóòûé ïðîâîäíèê.
Òðóäû Ìàêñâåëëà îïðåäåëèëè òî÷íûå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó ïðîÿâëåíèÿìè ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé, çàâèñÿùèõ îò ðàñïðåäåëåííûõ â ïðîñòðàíñòâå çàðÿäîâ.
Ïîñëå ïóáëèêàöèè ðàáîò Ìàêñâåëëà ïðîøëî óæå ìíîãî âðåìåíè. Ó÷åíûå ïîñòîÿííî èçó÷àþò ïðîÿâëåíèÿ îïûòíûõ ôàêòîâ ìåæäó ýëåêòðè÷åñêèìè è ìàãíèòíûìè ïîëÿìè, íî äàæå ñåé÷àñ íå îñîáî ïîëó÷àåòñÿ âûÿñíèòü èõ ïðèðîäó. Ðåçóëüòàòû îãðàíè÷èâàþòñÿ ÷èñòî ïðàêòè÷åñêèì ïðèìåíåíèåì ðàññìàòðèâàåìûõ ÿâëåíèé.
Îáúÿñíÿåòñÿ ýòî òåì, ÷òî ñ íàøèì óðîâíåì çíàíèé ìîæíî òîëüêî ñòðîèòü ãèïîòåçû, èáî ïîêà ìû ñïîñîáíû ëèøü ïðåäïîëàãàòü ÷òî-òî. Âåäü ïðèðîäà îáëàäàåò íåèñ÷åðïàåìûìè ñâîéñòâàìè, êîòîðûå åùå ïðåäñòîèò ìíîãî è äëèòåëüíî èçó÷àòü.
Ñðàâíèòåëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ýëåêòðè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ïîëåé
Èñòî÷íèêè îáðàçîâàíèÿ
Âçàèìíóþ ñâÿçü ìåæäó ïîëÿìè ýëåêòðè÷åñòâà è ìàãíåòèçìà ïîìîãàåò ïîíÿòü î÷åâèäíûé ôàêò: îíè íå îáîñîáëåííû, à ñâÿçàíû, íî ìîãóò ïðîÿâëÿòüñÿ ïî-ðàçíîìó, ÿâëÿÿñü åäèíûì öåëûì ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîëåì.
Åñëè ïðåäñòàâèòü, ÷òî â êàêîé-òî òî÷êå ïðîñòðàíñòâà ñîçäàíî íåîäíîðîäíîå ïîëå ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà, íåïîäâèæíîå îòíîñèòåëüíî ïîâåðõíîñòè Çåìëè, òî îïðåäåëèòü âîêðóã íåãî ìàãíèòíîå ïîëå â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ íå ïîëó÷èòñÿ.
Åñëè æå íàáëþäàòåëü íà÷íåò ïåðåìåùàòüñÿ îòíîñèòåëüíî ýòîãî çàðÿäà, òî ïîëå ñòàíåò ìåíÿòüñÿ ïî âðåìåíè è ýëåêòðè÷åñêàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ îáðàçóåò óæå ìàãíèòíóþ, êîòîðóþ ñìîæåò óâèäåòü ñâîèìè èçìåðèòåëüíûìè ïðèáîðàìè íàñòîé÷èâûé èññëåäîâàòåëü.
Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì ýòè ÿâëåíèÿ ïðîÿâÿòñÿ òîãäà, êîãäà íà êàêîé-òî ïîâåðõíîñòè ðàñïîëîæåí íåïîäâèæíûé ìàãíèò, ñîçäàþùèé ìàãíèòíîå ïîëå. Êîãäà íàáëþäàòåëü ñòàíåò ïåðåìåùàòüñÿ îòíîñèòåëüíî íåãî, òî îí îáíàðóæèò ïîÿâëåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà. Ýòîò ïðîöåññ îïèñûâàåò ÿâëåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè.
Ïîýòîìó ãîâîðèòü î òîì, ÷òî â ðàññìàòðèâàåìîé òî÷êå ïðîñòðàíñòâà èìååòñÿ òîëüêî îäíî èç äâóõ ïîëåé: ýëåêòðè÷åñêîå èëè ìàãíèòíîå, íå èìååò îñîáîãî ñìûñëà. Ýòîò âîïðîñ íàäî ñòàâèòü ïðèìåíèòåëüíî ê ñèñòåìå îòñ÷åòà:
ñòàöèîíàðíîé;
ïîäâèæíîé.
Äðóãèìè ñëîâàìè, ñèñòåìà îòñ÷åòà âëèÿåò íà ïðîÿâëåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ïîëÿ òàêèì æå îáðàçîì, êàê ðàññìàòðèâàíèå ïåéçàæåé ñêâîçü ñâåòîôèëüòðû ðàçëè÷íûõ îòòåíêîâ. Èçìåíåíèå öâåòà ñòåêîë âëèÿåò íà íàøå âîñïðèÿòèå îáùåé êàðòèíêè, íî, îíî, äàæå åñëè ïðèíÿòü çà îñíîâó åñòåñòâåííûé ñâåò, ñîçäàâàåìûé ïðîõîäîì ñîëíå÷íûõ ëó÷åé ÷åðåç âîçäóøíóþ àòìîñôåðó, íå äàñò èñòèííîé êàðòèíû â öåëîì, èñêàçèò åå.
Çíà÷èò, ñèñòåìà îòñ÷åòà ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ñïîñîáîâ èçó÷åíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, ïîçâîëÿåò ñóäèòü î åãî ñâîéñòâàõ, êîíôèãóðàöèè. Íî, îíà íå îáëàäàåò àáñîëþòíîé çíà÷èìîñòüþ.
Èíäèêàòîðû ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé
Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå
Ýëåêòðè÷åñêè çàðÿæåííûå òåëà èñïîëüçóþò â êà÷åñòâå èíäèêàòîðîâ, óêàçûâàþùèõ íà íàëè÷èå ïîëÿ â îïðåäåëåííîì ìåñòå ïðîñòðàíñòâà. Èìè, äëÿ íàáëþäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñîñòàâëÿþùåé, ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ íàýëåêòðèçîâàííûå ìåëêèå êóñî÷êè áóìàãè, øàðèêè, ãèëüçû, «ñóëòàíû».
Ðàññìîòðèì ïðèìåð, êîãäà ïî îáå ñòîðîíû ïëîñêîãî íàýëåêòðèçîâàííîãî äèýëåêòðèêà ðàñïîëîæåíû íà ñâîáîäíîì ïîäâåñå äâà èíäèêàòîðíûõ øàðèêà. Îíè áóäóò îäèíàêîâî ïðèòÿãèâàòüñÿ ê åãî ïîâåðõíîñòè è âûòÿíóòñÿ â åäèíóþ ëèíèþ.
Íà âòîðîì ýòàïå ìåæäó îäíèì èç øàðèêîâ è íàýëåêòðèçîâàííûì äèýëåêòðèêîì ïîìåñòèì ïëîñêóþ ìåòàëëè÷åñêóþ ïëàñòèíó. Îíà íå èçìåíèò äåéñòâóþùèå íà èíäèêàòîðû ñèëû. Øàðèêè íå ïîìåíÿþò ñâîå ïîëîæåíèå.
Òðåòèé ýòàï ýêñïåðèìåíòà ñâÿçàí ñ çàçåìëåíèåì ìåòàëëè÷åñêîãî ëèñòà. Ñðàçó òîëüêî êàê ýòî ïðîèçîéäåò, èíäèêàòîðíûé øàðèê, ðàñïîëîæåííûé ìåæäó íàýëåêòðèçîâàííûì äèýëåêòðèêîì è çàçåìëåííûì ìåòàëëîì, èçìåíèò ñâîå ïîëîæåíèå, ñìåíèâ íàïðàâëåíèå íà âåðòèêàëüíîå. Îí ïåðåñòàíåò ïðèòÿãèâàòüñÿ ê ïëàñòèíå è áóäåò ïîäâåðæåí òîëüêî ãðàâèòàöèîííûì ñèëàì òÿæåñòè.
Ýòîò îïûò ïîêàçûâàåò, ÷òî çàçåìëåííûå ìåòàëëè÷åñêèå ýêðàíû áëîêèðóþò ðàñïðîñòðàíåíèå ñèëîâûõ ëèíèé ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ.
Ìàãíèòíîå ïîëå
 ýòîì ñëó÷àå èíäèêàòîðàìè ìîãóò âûñòóïàòü:
ñòàëüíûå îïèëêè;
çàìêíóòûé êîíòóð ñ ïðîòåêàþùèì ïî íåìó ýëåêòðè÷åñêèì òîêîì;
ìàãíèòíàÿ ñòðåëêà (ïðèìåð ñ êîìïàñîì).
Ïðèíöèï ðàñïðåäåëåíèÿ îïèëîê èç ñòàëè âäîëü ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ ëèíèé ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì. Îí æå çàëîæåí â ðàáîòó ìàãíèòíîé ñòðåëêè, êîòîðàÿ, äëÿ óìåíüøåíèÿ ïðîòèâîäåéñòâèÿ ñèë òðåíèÿ, çàêðåïëÿåòñÿ íà îñòðîì íàêîíå÷íèêå è ýòèì ïîëó÷àåò äîïîëíèòåëüíóþ ñâîáîäó äëÿ âðàùåíèÿ.
Çàêîíû, îïèñûâàþùèå âçàèìîäåéñòâèÿ ïîëåé ñ çàðÿæåííûìè òåëàìè
Ýëåêòðè÷åñêèå ïîëÿ
Ïðîÿñíåíèþ êàðòèíû ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ âíóòðè ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé, ïîñëóæèëè îïûòíûå ðàáîòû Êóëîíà, îñóùåñòâëÿåìûå ñ òî÷å÷íûìè çàðÿäàìè, ïîäâåøåííûìè íà òîíêîé è äëèííîé íèòè èç êâàðöà.
Êîãäà ê íèì ïðèáëèæàëè çàðÿæåííûé øàðèê, òî ïîñëåäíèé âëèÿë íà èõ ïîëîæåíèå, çàñòàâëÿÿ îòêëîíÿòüñÿ íà îïðåäåëåííóþ âåëè÷èíó. Ýòî çíà÷åíèå ôèêñèðîâàëîñü íà ëèìáå øêàëû ñïåöèàëüíî ñêîíñòðóèðîâàííîãî ïðèáîðà.
Òàêèì ñïîñîáîì áûëè âûÿâëåíû ñèëû âçàèìíîãî äåéñòâèÿ ìåæäó ýëåêòðè÷åñêèìè çàðÿäàìè, íàçûâàåìûå ýëåêòðè÷åñêèì, Êóëîíîâñêèì âçàèìîäåéñòâèåì. Îíè îïèñàíû ìàòåìàòè÷åñêèìè ôîðìóëàìè, ïîçâîëÿþùèìè ïðîâîäèòü ïðåäâàðèòåëüíûå ðàñ÷åòû ïðîåêòèðóåìûõ óñòðîéñòâ.
Ìàãíèòíûå ïîëÿ
Çäåñü õîðîøî ðàáîòàåò çàêîí, îïèñàííûé Àìïåðîì íà îñíîâå âçàèìîäåéñòâèÿ ïðîâîäíèêà ñ òîêîì, ðàçìåùåííîãî âíóòðè ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ ëèíèé.
Äëÿ íàïðàâëåíèÿ äåéñòâèÿ ñèëû, îñóùåñòâëÿþùåé âîçäåéñòâèå íà ïðîâîäíèê ñ ïðîòåêàþùèì ïî íåìó òîêîì, ïðèìåíÿþò ïðàâèëî, èñïîëüçóþùåå ðàñïîëîæåíèå ïàëüöåâ íà ëåâîé ðóêå. ×åòûðå ñîåäèíåííûõ âìåñòå ïàëüöà íåîáõîäèìî ðàñïîëîæèòü ïî íàïðàâëåíèþ òîêà, à ñèëîâûå ëèíèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ äîëæíû âõîäèòü â ëàäîíü. Òîãäà îòòîïûðåííûé áîëüøîé ïàëåö óêàæåò íàïðàâëåíèå äåéñòâèÿ èñêîìîé ñèëû.
Ãðàôè÷åñêèå èçîáðàæåíèÿ ïîëåé
Äëÿ èõ îáîçíà÷åíèÿ íà ïëîñêîñòè ÷åðòåæà èñïîëüçóþòñÿ ñèëîâûå ëèíèè.
Ýëåêòðè÷åñêèå ïîëÿ
Äëÿ îáîçíà÷åíèÿ ëèíèé íàïðÿæåííîñòè â ýòîé ñèòóàöèè èñïîëüçóþò ïîòåíöèàëüíîå ïîëå, êîãäà èìåþòñÿ íåïîäâèæíûå çàðÿäû. Ñèëîâàÿ ëèíèÿ âûõîäèò èç ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿäà è íàïðàâëÿåòñÿ â îòðèöàòåëüíûé.
Ïðèìåðîì ìîäåëèðîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ìîæåò ñëóæèòü âàðèàíò ðàçìåùåíèÿ êðèñòàëëîâ õèíèíà â ìàñëå. Áîëåå ñîâðåìåííûì ñïîñîáîì ñ÷èòàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå êîìïüþòåðíûõ ïðîãðàìì ãðàôè÷åñêèõ ïðîåêòèðîâùèêîâ.
Îíè ïîçâîëÿþò ñîçäàâàòü èçîáðàæåíèÿ ýêâèïîòåíöèàëüíûõ ïîâåðõíîñòåé, ñóäèòü î ÷èñëåííîì çíà÷åíèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, àíàëèçèðîâàòü ðàçëè÷íûå ñèòóàöèè.
Ìàãíèòíûå ïîëÿ
Ó íèõ äëÿ íàãëÿäíîñòè îòîáðàæåíèÿ ïðèìåíÿþòñÿ ëèíèè, õàðàêòåðíûå äëÿ âèõðåâîãî ïîëÿ, êîãäà îíè çàìêíóòû åäèíûì êîíòóðîì. Ïðèâåäåííûé ðàíåå ïðèìåð ñî ñòàëüíûìè îïèëêàìè íàãëÿäíî îòîáðàæàåò ýòî ÿâëåíèå.
Ñèëîâûå õàðàêòåðèñòèêè
Èõ ïðèíÿòî âûðàæàòü âåêòîðíûìè âåëè÷èíàìè, èìåþùèìè:
îïðåäåë¸ííîå íàïðàâëåíèå äåéñòâèÿ;
çíà÷åíèå ñèëû, ðàññ÷èòûâàåìîå ïî ñîîòâåòñòâóþùåé ôîðìóëå.
Ýëåêòðè÷åñêèå ïîëÿ
Âåêòîð íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ó åäèíè÷íîãî çàðÿäà ìîæíî ïðåäñòàâèòü â ôîðìå òðåõìåðíîãî èçîáðàæåíèÿ.
Åãî âåëè÷èíà:
íàïðàâëåíà îò öåíòðà çàðÿäà;
èìååò ðàçìåðíîñòü, çàâèñÿùóþ îò ñïîñîáà âû÷èñëåíèÿ;
îïðåäåëÿåòñÿ áåñêîíòàêòíûì äåéñòâèåì, òî åñòü íà ðàññòîÿíèè, êàê îòíîøåíèå äåéñòâóþùåé ñèëû ê çàðÿäó.
Ìàãíèòíûå ïîëÿ
Íàïðÿæåííîñòü, âîçíèêàþùóþ â êàòóøêå, ìîæíî ðàññìîòðåòü íà ïðèìåðå ñëåäóþùåé êàðòèíêè.
Ñèëîâûå ìàãíèòíûå ëèíèè â íåé îò êàæäîãî âèòêà ñ âíåøíåé ñòîðîíû èìåþò îäèíàêîâîå íàïðàâëåíèå è ñêëàäûâàþòñÿ. Âíóòðè ìåæâèòêîâîãî ïðîñòðàíñòâà îíè íàïðàâëåíû âñòðå÷íî. Çà ñ÷åò ýòîãî âíóòðåííåå ïîëå îñëàáëåíî.
Íà âåëè÷èíó íàïðÿæåííîñòè âëèÿþò:
ñèëà ïðîõîäÿùåãî ïî îáìîòêå òîêà;
êîëè÷åñòâî è ïëîòíîñòü íàìîòêè âèòêîâ, îïðåäåëÿþùèõ îñåâóþ äëèíó êàòóøêè.
Ïîâûøåííûå òîêè óâåëè÷èâàþò ìàãíèòîäâèæóùóþ ñèëó. Êðîìå òîãî, â äâóõ êàòóøêàõ ñ ðàâíûì ÷èñëîì âèòêîâ, íî ðàçíîé ïëîòíîñòüþ èõ íàìîòêè, ïðè ïðîõîæäåíèè îäíîãî è òîãî æå òîêà ýòà ñèëà áóäåò âûøå òàì, ãäå âèòêè ðàñïîëîæåíû áëèæå.
Òàêèì îáðàçîì, ýëåêòðè÷åñêîå è ìàãíèòíîå ïîëÿ èìåþò ñîâåðøåííî îïðåäåëåííûå îòëè÷èÿ, íî ÿâëÿþòñÿ âçàèìîñâÿçàííûìè ñîñòàâëÿþùèìè åäèíîãî îáùåãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî.