Презентация «Сравнение электрических и магнитных полей»

Инфоурок › Физика ›Презентации›Презентация «Сравнение электрических и магнитных полей»

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Сравнение электрического и магнитного полей Автор: Фомина Н. В. учитель физики МОУ Хохловская СОШ Пермский район 2007 год

2 слайд Описание слайда:

Сравнение электрического и магнитного полей Урок повторения и обобщения Физика 11 класс

3 слайд

Описание слайда:

Содержание Конспект урока План сравнения полей Опорный конспект Домашнее задание

4 слайд Описание слайда: 5 слайд Описание слайда:

План сравнения: Источники электрического и магнитного полей Индикаторы поля Опытные факты Графическая характеристика Силовая характеристика Энергетическая характеристика Действие поля на заряженную частицу Вещество и поле

6 слайд Описание слайда:

Источники поля Янтарь – солнечный камень Магнит – любящий камень

7 слайд Описание слайда:

Индикаторы поля Мелкие листочки бумаги Электрическая гильза Электрический султан Магнитные опилки

8 слайд Описание слайда:

Опытные факты Опыт Кулона по взаимодействию электрически заряженных тел Опыты Ампера по взаимодействию проводников с током

9 слайд Описание слайда:

Графическая характеристика Линии напряженности электрического поля могут быть визуализированы (кристаллы хинина в масле) Линии индукции магнитного поля могут быть визуализированы (металлические опилки)

10 слайд Описание слайда:

Силовая характеристика Вектор напряженности электрического поля Е. Величина F Е= q Направление: Е F Вектор индукции магнитного поля В. Величина: F В= I l Направление: правило левой руки

11 слайд Описание слайда:

Энергетическая характеристика Работа электрического поля неподвижных зарядов (кулоновской силы) равна нулю при обходе по замкнутой траектории Работа магнитного поля (силы Лоренца) всегда равна нулю (v  B)

12 слайд Описание слайда:

Действие поля на заряженную частицу Сила всегда отлична от нуля: F=qE Сила зависит от скорости движения частицы: F= q v B sin ; не действует на покоящуюся частицу

13 слайд Описание слайда:

Вещество и поле Ео  = Е Проводники: →∞ Диэлектрики Электреты: >>1 Сегнетоэлектрики: >1 В = Во Ферромагнетики: >>1 Диамагнетики: <1 Парамагнетики: >1 Доп. материал на сайте: http://rozman2.narod.ru/strwpdf/strw10.pdf

14 слайд Описание слайда:

Сделайте вывод о различии и сходстве полей ОК

15 слайд Описание слайда:

Домашнее задание: Подумать о сравнительной характеристике трех полей: — гравитационного — электрического — магнитного

16 слайд Описание слайда:

Тесты по теме: Закон Кулона. (вариант 1, вариант 2) Напряженность – силовая характеристика электрического поля. (вариант 1, вариант 2) «Графическое изображение электрических полей. Проводники и диэлектрики.» (вариант 1, вариант 2) Работа электростатического поля. Разность потенциалов. Эквипотенциальная поверхность.» (вариант 1, вариант 2) Магнитное поле тока. Магнитные свойства вещества. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Действие магнитного полч на проводник с током. Сила Лоренца.

Курс профессиональной переподготовки

Учитель физики

Курс повышения квалификации

Курс повышения квалификации

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник: Все учебники

Выберите тему: Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

Общая информация

Номер материала: ДA-053329

Похожие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

«Электростатическое и магнитостатическое поля» — физика, разное

Сравнительная характеристика электростатического и магнитостатического полей

Электростатическое поле	Магнитостатическое поле
1) Закон Кулона	1) Закон Ампера
2) Потенциальная энергия взаимодействия зарядов
3) Диэлектрическая проницаемость среды   Сила взаимодействия двух точечных зарядов в среде	3) Магнитная проницаемость среды   Сила взаимодействия двух электрических токов в среде
4) Закон сохранения электрического заряда.   Для двух одинаковых тел:	4) –
5) Напряженность электростатического поля в данной точке         Модуль напряженности электростатического поля в данной точке	5) Индукция магнитостатического поля в данной точке
6) Изображение электрических и магнитных полей на рисунках
линии
напряженности электрического поля (электрической напряжённости)	индукции магнитного поля (магнитной индукции)
Определение
линией
напряженности электрического поля	индукции магнитного поля
называется линия, касательная к которой в каждой её точке совпадает с направлением
вектора электрической напряженности	вектора магнитной индукции
в этой точке
Направление линий
электрической напряженности	магнитной индукции
Линия напряженности электростатического поля начинается на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Направ-лены от положительного заряда к отрица-тельному.	Линия магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца. Они – замкнутые. Выхо-дят из северного полюса магнита и заходят в южный полюс.  Внутри магнита или соле-ноида с током идут вдоль его стержня от южного полюса к северному.
Примеры изображения полей на рисунках
1) 2)   3)           4)   5)     6)	Направление линии магнитной индукции  определяют по правилу правой руки (правилу буравчика): 1)    Если обхватить провод-ник ладонью правой руки, направив большой палец вдоль тока, то остальные пальцы этой руки укажут направление силовых ли-ний магнитного поля дан-ного тока.             2) Если обхватить соленоид, ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий внутри соленоида.
Однородные поля
Электрическое поле называется однородным, если во всех его точках вектор напряжен-ности одинаков. Электрическое поле между двумя паралле-льными разноименно заряженными пласти-нами является однородным.	Магнитное поле называется однородным, ес-ли во всех его точках вектор индукции оди-наков. Магнитное поле внутри соленоида является однородным.
Изображение однородного электрического поля при помощи линий напряженности.   А) Линии параллельные плоскости чертежа, Б)Линии перпендикулярные плоскости чер-тежа.	Изображение однородного магнитного поля  при помощи линий магнитной индукции.   А) Линии параллельные плоскости чертежа, Б)Линии перпендикулярные плоскости чертежа.

Сравнение электрического и магнитного полей

Сравнение электрического и магнитного полей

10-й класс. Базовый курс

С.В.ТРЕТЬЯКОВА, школа № 1173, г. Москва

Сравнение электрического и магнитного полей

Конспект урока повторения и обобщения

Урок проводится после изучения темы «Магнитное поле». Основной методический прием – выделение общих и отличительных черт в электрическом и магнитном полях с заполнением таблицы. Предполагается достаточно развитое диалектическое мышление, в противном случае придется делать отступления философского характера. Сравнение электрического и магнитного полей подводит учащихся к выводу об их взаимосвязи, на чем основана следующая тема «Электромагнитная индукция» (в 11-м классе).

Литература

1. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе.
2. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Электричество и магнетизм.
3. Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Шефер Н.И. Факультативный курс физики. 9-й класс.
4. Каганов М.И., Цукерник В.М. Природа магнетизма.
5. Карцев В.П. Приключения великих уравнений.
6. Методика преподавания физики в средней школе. Под ред. Яворского Б.М., том 3.
7. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика-10.
8. Тарасов А.В., Тарасова Л.Н. Вопросы и задачи по физике.
3. Усова А.В., Завьялов В.В. Воспитание учащихся в процессе изучения физики.

Содержание урока

Физика и философия рассматривают материю как основу всего сущего, которая существует в разных формах. Она может быть сосредоточена в пределах ограниченной области пространства (локализована), но может быть, напротив, «делокализована». Первому состоянию можно поставить в соответствие понятие вещество, второму – понятие поле. И то и другое состояния, наряду со специфическими физическими характеристиками, имеют и общие. Например, есть энергия единицы объема вещества и есть энергия единицы объема поля. Свойства материи неисчерпаемы, процесс познания бесконечен. Поэтому все физические понятия надо рассматривать в развитии. Так, например, современная физика в отличие от классической не проводит строгой границы между полем и веществом. В современной физике поле и вещество взаимно превращаются: вещество переходит в поле, а поле переходит в вещество. Но не будем забегать вперед, а вспомним классификацию форм материи.

(С помощью кодоскопа проецируется схема.)

 Попробуйте по схеме составить краткий рассказ о формах существования материи.

После ответа учащихся учитель напоминает, что все ством этого является сходство характеристик гравитационного и электрического полей, которое было выявлено на предыдущих уроках по теме «Электрическое поле». Напрашивается вывод: если есть сходство между гравитационным и электрическим полями, то должно быть оно и между полями электрическим и магнитным. Далее предлагается сопоставить свойства и характеристики полей в виде таблицы (см. справа), аналогичной той, которую делали при сравнении гравитационного и электрического полей.

Примечания

1. При обсуждении источников поля, для повышения интереса к предмету, хорошо сравнить два природных камня: янтарь и магнит.

Янтарь – теплый камень удивительной красоты, обладает необычным, располагающим к философическим построениям свойством: он может притягивать! Будучи натертым, он притягивает пылинки, нити, кусочки бумаги (папируса). Именно по этому свойству ему и давали название в древности. Так, греки называли его электроном – притягивающим; римляне – харпаксом – грабителем, а персы – кавубой, т.е. камнем, способным притягивать мякину. Его считали магическим, лекарственным, косметическим…

Таким же таинственным и полезным считали известный тысячи лет другой камень – магнит. В разных странах магнит называли по-разному, но большая часть этих названий переводится как любящий, любовник. Так поэтично древние отметили свойство кусков магнита притягивать железо.

С нашей точки зрения эти два особенных камня можно рассматривать как первые изученные природные источники электрического и магнитного полей.

2. При обсуждении индикаторов полей полезно одновременно продемонстрировать с помощью учащихся взаимодействие наэлектризованной эбонитовой палочки с электрической гильзой и постоянного магнита с замкнутым контуром с током.

3. При обсуждении визуализации силовых линий лучше это продемонстрировать, используя проекцию на экран.

4. Деление диэлектриков на электреты и сегнетоэлектрики – дополнительный материал. Электреты – это диэлектрики, длительно сохраняющие поляризацию после устранения внешнего электрического поля и создающие собственное электрическое поле. В этом смысле электреты подобны постоянным магнитам, создающим магнитное поле. А ведь это еще одно сходство!

Сегнетоэлектрики – кристаллы, обладающие (в некотором температурном интервале) спонтанной поляризацией. При уменьшении напряженности внешнего поля индуцированная поляризация частично сохраняется. Для них характерно наличие предельной температуры – точки Кюри, при которой сегнетоэлектрик становится обычным диэлектриком. Опять сходство – с ферромагнетиками!

После работы с таблицей коллективно обсуждаются обнаруженные сходства и различия. Сходство лежит в основе единой картины мира, различия объясняются пока на уровне разной организации материи, лучше сказать – степени организации материи. Одно то, что магнитное поле обнаруживается только около движущихся электрических зарядов (в отличие от электрического), позволяет предсказать более сложные методы описания поля, более сложный математический аппарат, применяемый для характеристик поля.

После подведения итогов урока можно рекомендовать дополнительную литературу, а в качестве домашнего задания – подумать о сравнительной характеристике трех полей: гравитационного, электрического и магнитного.

Электрическое и магнитное поле: в чем различия?

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!

Kvant. Электрическое и магнитное поля — PhysBook

Белкин И.К. Электрическое и магнитное поля //Квант. — 1984. — № 3. — С. 28-31.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

Вокруг всякого покоящегося в некоторой системе отсчета электрического заряда q существует, как известно, электростатическое поле. Если этот заряд точечный, то напряженность поля в любой точке на расстоянии r от него определяется формулой:

\(~E = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \frac{q}{r^2}\) . (1)

Сила взаимодействия двух покоящихся точечных зарядбв q и q’, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна

\(~F_{el} = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \frac{qq’}{r^2}\) . (2)

Если заряды одинаковые (q = q’), то

\(~F_{el} = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \frac{q^2}{r^2}\) . (2′)

Это хорошо известный закон Кулона. Подчеркнем, что эгот закон был установлен экспериментально. Входящая в формулы (1), (2) величина ε₀ — это электрическая постоянная, равная 8,85·10^-12 Кл²/(Н·м²).

Обсудим теперь ситуацию с зарядом, движущимся с постоянной скоростью \(~\vec \upsilon\). Скорость \(~\vec \upsilon\) мы измеряем относительно заранее выбранной системы отсчета, которую мы условно считаем неподвижной и обозначим буквой К.

Движущийся заряд — это электрический ток, а вокруг тока существует магнитное поле. Значит, движение заряда приводит к появлению магнитного поля в рассматриваемой нами системе отсчета К.

Обратите внимание на то, что если бы мы перешли в систему отсчета К’, движущуюся относительно системы К со скоростью, равной скорости заряда \(~\vec \upsilon\) никакого магнитного поля в этой системе не было бы (помещенная там магнитная стрелка (компас) оставалась бы в покое).

Вернемся, однако, снова в систему К. Из опыта мы знаем, что магнитное поле действует на электрический ток, а значит, и на движущийся заряд. Понятно, что между электрическими и магнитными явлениями должна существовать тесная связь.

Рассмотрим простой пример. Пусть заряд q движется со скоростью \(~\vec \upsilon\) (в системе К). Тогда в пространстве вокруг него есть и электрическое, и магнитное поля. Пусть теперь в какой-то точке, где электрическое и магнитное поля созданы зарядом q, оказался другой заряд q’, который движется со скоростью \(~\vec \upsilon\). Очевидно, что на него будут действовать электрическая и магнитная силы. Аналогичное утверждение можно сделать и про заряд q.

Если заряды движутся со скоростями не слишком большими (что такое «не слишком большие», выяснится ниже), то их электрические поля в каждый момент времени практически не отличаются от случая покоящихся зарядов, а силу электрического взаимодействия зарядов можно подсчитывать по закону Кулона (2).

Мы ограничимся дальше случаем не очень быстро движущихся зарядов. В этом случае можно довольно просто сравнить магнитные и электрические силы. Мы сделаем это для двух зарядов, скорости которых в некоторый момент оказались параллельными друг другу и перпендикулярными к линии, соединяющей эти заряды (рис. 1).

Рис. 1

Прежде вгего нам нужно понять, как индукция магнитного поля \(~\vec B\), создаваемого движущимся зарядом, связана с величиной этого заряда q и его скоростью \(~\vec \upsilon\). Проведем из точки, где находится заряд q в точку, в которой мы хотим вычислить индукцию \(~\vec B\), радиус-вектор \(~\vec r\). Обобщение результатов опытов показывает, что величина индукции определяется формулой

\(~B = kq \frac{\upsilon}{r^2} \sin \varphi\) . (3)

Здесь \(~r = |\vec r|\), φ — угол между векторами \(~\vec \upsilon\) и \(~\vec r\), a k — постоянная, определяемая опытным путем и равная 10^-7 Н·с²/Кл². Для интересующего нас случая φ = 90° и

\(~B = k\upsilon \frac{q}{r^2}\) . (3′)

Направление вектора \(~\vec B\) определяется по правилу буравчика (правого винта): если вращать вектор \(~\vec \upsilon\) по направлению к вектору \(~\vec r\) в той плоскости, в которой они оба лежат, и так, чтобы вращение происходило в направлении минимального утла между \(~\vec \upsilon\) и \(~\vec r\), то вектор \(~\vec B\) направлен перпендикулярно указанной плоскости и «смотрит» туда, куда «смотрел бы» ввинчиваемый буравчик (рис. 2).

Рис. 2

В формулы (3) и (3′) входит в качестве множителя то же отношение \(~\frac{q}{r^2}\), которое содержится и в выражении для напряженности электрического поля, создаваемого зарядом q в точке, где находится заряд q’. Это замечание позволяет нам установить связь между величинами В и Е. Учитывая (1), получаем

\(~B = k\upsilon \frac{q}{r^2} = 4 \pi \varepsilon_0 k \upsilon E\) .

Обозначим еще \(4 \pi k = \mu_0\), тогда

\(~B = \varepsilon_0 \mu_0 \upsilon E\) . (4)

Входящая в (4) величина μ₀ носит название магнитной постоянной (по аналогии с электрической постоянной ε₀). Зная k, мы вычислим μ₀ = 1,256·10^-6 Н·с²/Кл².

Теперь, когда мы умеем вычислять магнитную индукцию В в точке, где находится заряд q’, можно определить и магнитную силу (силу Лоренца), действующую на заряд q’. В общем случае сила Лоренца

\(~F_L = q’ \upsilon’ B \sin \alpha\) . (5)

Здесь α — угол между векторами \(~\vec \upsilon’\) и \(~\vec B\). Направление вектора \(~\vec F_L\) определяется тоже по правилу правого буравчика (вектор \(~\vec \upsilon\) нужно поворачивать в направлении минимального угла к вектору \(~\vec B\) в плоскости, в которой лежат оба этих вектора, вектор \(~\vec F_L\) перпендикулярен этой плоскости).

В нашем случае угол α также равен 90°, и на заряд q’ действует сила

\(~F_m = q’ \upsilon’ B\) .

Подставляя сюда В из (3′), получим

\(~F_m = k \frac{q q’ \upsilon \upsilon’}{r^2} = \frac{\mu_0}{4 \pi} \frac{q q’ \upsilon \upsilon’}{r^2}\) . (6)

Электрическая сила, действующая между q и q’, определяется формулой (2). Предположим теперь еще, что q = q’, а \(~\vec \upsilon = \vec \upsilon’\). Тогда отношение

\(~\frac{F_m}{F_{el}} = \varepsilon_0 \mu_0 \upsilon^2\) .

Зная определенные из опыта постоянные ε₀ и μ₀, мы легко убедимся в том, что

\(~\frac{1}{\varepsilon_0 \mu_0} = 0 \cdot 10^{16} \frac{m^2}{c^2}\) .

Но стоящая в этой формуле справа величина есть квадрат скорости света! Это, конечно, не случайное совпадение. Обозначая скорость света буквой с, получим окончательно:

\(~\frac{1}{\varepsilon_0 \mu_0} = c^2\) . (7)

и

\(~\frac{F_m}{F_{el}} = \left( \frac{\upsilon}{c} \right)^2\) . (8)

Это очень важные формулы. Формула (7) еще раз подтверждает существование глубокой связи электрических и магнитных явлений. Из формулы (8) мы можем сделать вывод, что отношение магнитных и электрических сил для многих практически интересных случаев оказывается малой величиной. Например, обычно направленная скорость электронов в металле при прохождении тока составляет десятые доли миллиметра в секунду. В таких случаях магнитное взаимодействие электронов примерно в 10²⁴ раз меньше их электрического взаимодействия. Стоит ли вообше считаться с магнитным взаимодействием движущихся зарядов? Оказывается, стоит и вот почему. Во всяком проводнике имеются в равном числе заряженные частицы обоих знаков. Поэтому проводники с током электрически практически нейтральны. Электрические силы в проводниках с огромной точностью скомпенсированы, а при их отсутствии даже очень малые магнитные силы оказываются существенными. В электрических моторах движущиеся в их обмотках электроны взаимодействуют именно магнитными силами. Именно за счет магнитных сил приводятся в движение двигатели.

Вспомним теперь, что в наших рассуждениях мы сделали допущение о «ие слишком больших скоростях». Теперь можно сказать, что мы имели в виду малость скоростей частиц по сравнению со скоростью света. Это было нужно нам для того, чтобы не возникло необходимости пользоваться более сложными (релятивистскими) формулами. Например, при скоростях заряженных частиц, близких к скорости света, уже нельзя записывать формулу для напряженности электрического поля в виде (1).

Так же, как и другие физические величины, например, скорости и ускорения частиц, силы, действующие на них, напряженность электрического поля и индукция магнитного поля зависят от того, в какой системе отсчета мы их рассматриваем (измеряем). Выше мы уже говорили, например, о том, что если магнитное поле существует в системе К, то из-этого еще не следует, что оно сохранится в системе К’. Система К’, которую мы рассматривали, двигалась со скоростью, равной скорости \(~\vec \upsilon\) интересовавшего нас заряда. И магнитное поле в системе К’ отсутствовало. В общем случае и вектор \(~\vec E\), и вектор \(~\vec B\) относительны, то есть зависят от того, в какой системе отсчета находится наблюдатель с приборами, измеряющими эти величины.

Для нас существенно то, что при скоростях, малых по сравнению со скоростью света, электрическое поле изменяется мало. Количественной характеристикой этой малости как раз и служит отношение \(~\left( \frac{\upsilon}{c} \right)^2\).

Заметим, впрочем, что формула (8) оказывается справедливой и при скоростях, близких к скорости света. Поэтому для релятивистских частиц, движущихся со скоростью, лишь немногим меньшей скорости света, величины магнитных и электрических сил могут отличаться не очень сильно.

Подводя итог нашим вычислениям, еще раз подчеркнем, что для многих задач магнитное взаимодействие оказывается существенным, даже если оио мало по сравнению с электрическим.

Остановимся совсем кратко на других отличиях магнитного и электрического (электростатического) полей. Одно из этих отличий состоит в том, что линии действия электрических сил (силовые линии электростатического поля) имеют начало и конец. Они начинаются на положительных зарядах и кончаются на отрицательных. Работа при перемещении заряда между двумя фиксированными точками в электростатическом поле не зависит от формы и длины траектории, а работа, совершаемая при движении заряда по замкнутой траектории, равна нулю. Благодаря этому свойству электростатического поля каждая его точка характеризуется не только напряженностью, но и потенциалом.

Линии же магнитной индукции, в отличие от силовых линий электростатического поля, не имеют начала и конца. Они замкнуты и охватывают ток. Каждая точка магнитного поля характеризуется величиной магнитной индукции, но не потенциалом.

Сила, действующая на заряд в электростатическом поле, всегда направлена по касательной к силовым линиям. Если рассматривать в магнитном поле участки проводников с током или движущиеся заряженные частицы, то силы, действующие на них, направлены не по касательной к линиям индукции, а перпендикулярно к ним (сила Лоренца, закон Ампера). Сила в магнитном поле может вовсе не вызывать поступательного движения, а лишь поворот (рамка с током в однородном магнитном поле; движение заряда по окружности в плоскости, перпендикулярной однородному магнитному полю).

Все сказанное говорит о том, что электростатическое поле во многом не похоже на магнитное. Связь электрических и магнитных полей вовсе не означает, что между ними не существует различий.

Электрическое, магнитное и электромагнитное поле

Наиболее сложные понятия, с которыми приходится сталкиваться при изучении электротехники и радиотехники, — это понятия об электрическом, магнитном и электромагнитном поле. И дело здесь, пожалуй, не в том, что электрическое или магнитное поля нельзя увидеть или потрогать рукой. Ведь мы довольно четко, хотя и упрощенно, представляем себе атом, несмотря на то что посмотреть на него не можем.

Основная трудность состоит в том, что невозможно представить себе какую-нибудь модель поля подобно тому, как мы рисуем в своем воображении упрощенную модель атома. Понятие об электрическом, магнитном и электромагнитном полях лучше всего взять из простейших опытов. Затем можно будет дополнить и развивать эти понятия, используя огромные достижения математики и физики в области изучения полей.

Электрическое поле возникает вокруг всякого электрического заряда или вокруг предмета, на котором имеется избыток зарядов какого-нибудь одного знака. Мы потерли о шерсть пластмассовую палочку дли обычную гребенку, создав на ней избыток отрицательных зарядов, и пространство вокруг гребенки приобрело какие-то особые свойства: мелкие клочки бумаги, попадая в это пространство, начинают притягиваться к ней. Каким образом наэлектризованная гребенка действует на клочки бумаги? Может быть, действие электрических сил передается через частицы окружающего воздуха?

Ни в коем случае! Если мы проделаем свой опыт в пустоте, то клочки бумаги будут так же притягиваться к гребенке, как и в воздухе или в каком-либо другом газе (рис. 25). Значит, дело здесь не в молекулах, атомах или других частицах окружающей среды. Значит, вокруг электрического заряда (в данном случае вокруг наэлектризованной гребенки) существует какое-то особое состояние пространства, какая-то особая форма материи, через которую и передается действие электрических сил. Эта особая форма материи, существующая наряду с такой известной нам формой материи, как вещество, и есть электрическое поле.

Науке уже многое известно об электрическом поле. Известно, например, что оно обладает определенной массой и запасом энергии (в нашем опыте эта энергия расходуется на перемещение к гребенке клочков бумаги). Многого об электрическом поле мы еще не знаем, однако факт его существования, подтвержденный многочисленными опытами, не может вызывать никаких сомнений.

Другая особая форма материи, существование которой также подтверждается опытами, — это магнитное поле. Магнитное поле появляется как следствие движения электрических зарядов. В этом легко убедиться, если поднести компас к проводнику, по которому течет постоянный ток (рис. 7). Под действием магнитного поля, возникающего вокруг проводника с током, стрелка компаса несколько отклонится, так же как она отклонилась бы под действием обычного магнита. Магнитное поле, как и электрическое, обладает запасом энергии (в нашем примере часть этой энергии расходуется на поворот стрелки компаса).

Электрическое и магнитное поля тесно связаны с электрическим зарядом или его движением: уберите заряд — и электрическое поле исчезнет; прекратите ток в цепи — и магнитного поля нет. Но можно получить электрическое и магнитное поля, а точнее, более сложное, электромагнитное поле, не связанное с электрическими зарядами, как бы оторванное от них.

Электромагнитное поле имеет черты как электрического поля (как говорят, имеет электрическую составляющую), так и магнитного поля (магнитная составляющая). Это значит, что электромагнитное поле могло бы при определенных условиях и поворачивать стрелку компаса, подобно магнитному полю, и перемещать электрические заряды, подобно электрическому полю. Электрическая и магнитная составляющие тесно связаны между собой, и каждая из них обладает запасом энергии, определяющим энергию всего электромагнитного поля.

Электромагнитное поле возникает при любом, даже незначительном изменении тока в проводнике. Изменяясь вместе с током, оно воздействует на соседние участки пространства, передает им свою энергию, и в этих, соседних участках также образуется электромагнитное поле. Таким образом, во все стороны от проводника, со скоростью света — 300 000 км/сек — все дальше и дальше движется волна электромагнитного поля, перенося с собой запасы энергии, которые она получила еще в месте своего возникновения.

Электромагнитное поле — Класс!ная физика

Электромагнитное поле

«Физика — 11 класс»

Электромагнитное поле

Если переменное магнитное поле порождает электрическое поле,
то не порождает ли переменное электрическое поле, в свою очередь, магнитное поле?

Возникновение магнитного поля при изменении электрического поля

Согласно гипотезе Максвелла:

Когда электрическое поле изменяется со временем, оно порождает магнитное поле.

Линии магнитной индукции этого поля охватывают линии напряженности электрического поля, подобно тому как линии напряженности электрического поля охватывают линии индукции переменного магнитного поля.

Согласно гипотезе Максвелла магнитное поле, например, при зарядке конденсатора после замыкания ключа создается не только током в проводнике, но и изменяющимся электрическим полем, существующим в пространстве между обкладками конденсатора.

Причем изменяющееся электрическое поле создает такое же магнитное поле, как если бы между обкладками существовал электрический ток, такой же, как в проводнике.

Так электромагнитные волны существуют потому, что переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает переменное магнитное поле и т. д.

Электромагнитное поле.

После открытия взаимосвязи между изменяющимися электрическим и магнитным полями стало ясно, что эти поля не существуют отдельно одно от другого.
Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы одновременно в пространстве не возникло и электрическое поле или наоборот.

Однако, электрическое поле без магнитного или магнитное без электрического могут существовать лишь по отношению к определенной системе отсчета.

Так, покоящийся заряд создает только электрическое поле. Но ведь заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета (например, тележки).

Относительно других систем отсчета он может двигаться и, следовательно, создавать и магнитное поле.

Утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле, бессмысленно, если не указать, по отношению к какой системе отсчета эти поля рассматриваются.

Электромагнитное поле — особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие.
В зависимости от того, в какой системе отсчета рассматриваются электромагнитные процессы, проявляются те или иные стороны электромагнитного поля.
Все инерциальные системы отсчета равноправны, поэтому ни одному из обнаруживаемых проявлений электромагнитного поля не может быть отдано предпочтение.

Электрические и магнитные поля — проявление единого целого — электромагнитного поля.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Электромагнитная индукция. Магнитный поток — Направление индукционного тока. Правило Ленца — Закон электромагнитной индукции — ЭДС индукции в движущихся проводниках. Электродинамический микрофон — Вихревое электрическое поле — Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока — Электромагнитное поле — Примеры решения задач — Краткие итоги главы