Yüklü parçacık alanları, elektromanyetik ve elektrostatik alanlar ve bileşenleri
Parçacıklar ve alanlar iki tür maddedir. Parçacıkların etkileşiminin karakteristik bir özelliği, doğrudan temaslarında değil, aralarında belirli bir mesafede gerçekleşmesidir.
Bunun nedeni, parçacıkların kendilerini çevreleyen alanla ilişkili olması ve aralarındaki etkileşimi belirlemesidir. Böylece parçacıklar alanları aracılığıyla etkileşirler.
Alanlar, ayrık parçacıkların aksine uzayda sürekli olarak dağılır. Bazı etkileşimler ikili niteliktedir. Örneğin, uzayda dalgalar şeklinde yayılan bir elektromanyetik alan, aynı anda ayrı parçacıklar - fotonlar şeklinde algılanır.
Doğada çeşitli türde alanlar vardır: yerçekimi (yerçekimi), manyetostatik, elektrostatik, nükleer, vb. Her alan, ayırt edici, doğal özelliklerle karakterize edilir.
İki tür madde - parçacıklar ve alanlar - arasında, öncelikle parçacıkların durumundaki herhangi bir değişikliğin doğrudan alana yansıması (ve tersine, alandaki herhangi bir değişikliğin parçacıkları etkilemesi) gerçeğinde kendini gösteren bir iç bağlantı vardır. ), ayrıca genel özelliklerin varlığında: kütle, enerji, momentum veya momentum, vb.
Ayrıca parçacıklar bir alana, alan da aynı parçacıklara dönüşebilir. Bütün bunlar gösteriyor ki madde ve alan iki tür maddedir.
Ek olarak, alanlar ve parçacıklar arasında, onları farklı madde türleri olarak görmemizi sağlayan bir fark vardır.
Bu fark, temel parçacıkların ayrık olması ve belirli bir hacmi işgal etmesi, diğer parçacıklara karşı geçirimsiz olmaları gerçeğinden oluşur: aynı hacim, farklı cisimler ve parçacıklar tarafından işgal edilemez. Alanlar süreklidir ve yüksek geçirgenliğe sahiptir: farklı tipteki alanlar aynı hacimde aynı anda yerleştirilebilir.
Parçacıklar ve cisimler uzayda dış kuvvetlerin etkisi altında hareket edebilir, hızlanabilir veya yavaşlayabilir, yani parçacıkların uzaydaki hareket hızları farklı olabilir. Alanlar uzayda aynı hızda, örneğin bir boşlukta yayılır - ışık hızına eşit bir hızda.
Parçacıklar ve alanlar birbiriyle yakından ilişkili olduğundan ve bir bütün oluşturduğundan, uzayda bir parçacık ile alanı arasında kesin bir sınır oluşturmak imkansızdır.
Bununla birlikte, ayrı bir parçacığın özelliklerinin tezahür ettiği çok küçük bir uzay bölgesi belirlemek mümkündür. Bu anlamda boyutların belirlenmesi şartlı olarak mümkündür. temel parçacıklar... Belirtilen bölgenin dışındaki uzayda, yalnızca bir temel parçacıkla ilişkili bir alan olduğu varsayılabilir.
Elektromanyetik alan ve bileşenleri
Elektrik mühendisliğinde, taşıyan parçacıkların hareketinden kaynaklanan bir alan kabul edilir. elektrik ücretleri… Böyle bir alana elektromanyetik denir. Bu alanın yayılmasıyla ilgili olaylara elektromanyetik olaylar denir.
Bir çekirdek etrafında bir atomda dolaşan elektronlar, bir elektrik alanı aracılığıyla protonlarla etkileşime girerken, aynı zamanda hareketleri, deneyimin gösterdiği gibi, her zaman bir manyetik alanın varlığıyla ilişkilendirilen bir elektrik akımına eşdeğerdir.
Bu nedenle, atomun temel parçacıklarının birbirleriyle etkileştiği alan, yani elektromanyetik alan, iki alandan oluşur: elektrik ve manyetik. Bu alanlar birbirine bağlıdır ve birbirinden ayrılamaz.
Dışarıdan, makroskopik inceleme altındaki elektromanyetik alan, bazı durumlarda durağan bir alan şeklinde ve diğer durumlarda alternatif bir alan şeklinde kendini gösterir.
Belirli bir maddenin atomlarının durağan durumunda, hem elektrik alanı (bu durumda atomlardaki alan, farklı işaretlere sahip eşit yüklerle tamamen bağlantılıdır) hem de manyetik alan (elektron yörüngelerinin kaotik yönelimi nedeniyle) uzay algılanmaz.
Bununla birlikte, atomdaki denge bozulursa (bir iyon oluşur, yönlendirilmiş hareket kaotik hareketin üzerine bindirilir, manyetik maddelerin temel akımları bir yönde yönlendirilir, vb.), o zaman bu maddenin dışında alan tespit edilebilir.Ek olarak, belirtilen durum değişmeden korunursa, alan özellikleri zaman içinde sabit kalan bir değere sahip olur. Böyle bir alana durağan alan denir.
Birkaç durumda makroskopik inceleme sırasında durağan alan, yalnızca bir bileşen biçiminde meydana gelir: ya bir elektrik alanı biçiminde (örneğin, sabit yüklü cisimlerin alanı) ya da bir manyetik alan biçiminde (için örneğin kalıcı mıknatıs alanı).
Sabit bir elektromanyetik alanın bileşenleri, hareketli yüklü parçacıklardan ayrılamaz: elektrik bileşeni, elektrik yükleriyle ilişkilidir ve manyetik bileşen, hareketli yüklü parçacıklara eşlik eder (çevreler).
Değişken bir elektromanyetik alan, yüklü parçacıkların, sistemlerin veya durağan alanların bileşenlerinin değişen veya salınan hareketinin bir sonucu olarak oluşur. Böyle yüksek frekanslı bir alanın özelliği, ortaya çıktıktan sonra (bir kaynaktan yayıldıktan sonra) kaynaktan ayrılarak dalgalar halinde ortama girmesidir.
Bu alanın elektrik bileşeni, malzeme parçacıklarından ayrılmış ve bir girdap karakterine sahip, serbest halde bulunur. Aynı alan manyetik bileşendir: ayrıca hareketli yüklerle (veya elektrik akımıyla) ilişkili olmayan serbest bir durumda bulunur. Ancak her iki alan da ayrılmaz bir bütünü temsil eder ve uzayda hareket sürecinde sürekli olarak birbirine dönüşür.
Değişken elektromanyetik alan, yayılma yolunda bulunan ve salınımlı bir harekete ayarlanabilen parçacıklar ve sistemler üzerindeki etkinin yanı sıra elektromanyetik alanın enerjisini başka bir tür enerjiye dönüştüren cihazlar aracılığıyla tespit edilir. (örneğin, termal) .
Bu alanın canlıların görsel organları üzerindeki etkisi özel bir durumdur (ışık elektromanyetik dalgalardır).
Elektromanyetik alanın bileşenleri — elektrik ve manyetik alanlar elektromanyetik alandan önce ve birbirinden bağımsız olarak keşfedildi ve incelendi: daha sonra aralarında hiçbir bağlantı keşfedilmedi. Bu, her iki alanın da bağımsız olarak kabul edilmesine yol açtı.
Daha sonra deneyle doğrulanan teorik düşünceler, elektrik ve manyetik alanlar arasında ayrılmaz bir bağlantı olduğunu ve herhangi bir elektrik veya manyetik fenomenin her zaman elektromanyetik olduğunu gösterir.
Ayrıca bakınız: Elektrik ve Manyetik Alan: Farkları Nelerdir?
elektrostatik alan
Atomların iyonlaşması sırasında elde edilen aynı işarete sahip elektrik yüklerinin uzay ve zamanda (makroskopik anlamda) değişmeyen fazlalığı ile gözlemciye göre sabit olan izole edilmiş cisimlerin etrafındaki bir vakumda veya bir dielektrik ortamda yalnızca bir elektrik alanı tespit edilir ( elektrifikasyon görünümünün bir sonucu olarak - Cisimlerin elektriklenmesi, yüklerin etkileşimi).Böyle bir alana elektrostatik denir.
Elektrostatik alan, bir tür sabit elektrik alanıdır ve elektrostatik alana neden olan temel yüklü parçacıkların yalnızca kaotik hareket halinde olması, durağan alanın ise kaotik hareket üzerine bindirilen elektronların yönlendirilmiş hareketi tarafından belirlenmesi bakımından ondan farklıdır.
Bu alanda, özelliklerin sabitliği, alandaki yük dağılımının sürekli olarak yeniden üretilmesinden kaynaklanmaktadır (denge süreci).
Bir elektrostatik alanda, farklı yönlerde sürekli kaotik hareket halindeki çok sayıda benzersiz yüklü parçacığın genel eylemi, yüklü bir cismin dışında zamanla değişmeyen aynı işaretli bir elektrik yüküne sahip bir alan olarak algılanır.
Manyetik bileşenin elektrostatik alandaki etkisi, yük taşıyıcıların uzaydaki kaotik hareketi nedeniyle karşılıklı olarak nötralize edilir ve bu nedenle algılanmaz.
Elektrostatik alanın ayırt edici bir özelliği, farklı işaretlerde (bu alanın akıyormuş gibi göründüğü ve içine aktığı gövdeler) fazla yük verilen kaynak ve boşaltma gövdelerinin varlığıdır.
Alanın kaynakları ve alıcıları olan elektrostatik alan ve elektrikli cisimler, tek bir fiziksel varlığı temsil ederek birbirinden ayrılamaz.
Burada elektrostatik alan, serbest halde bulunan, girdap karakterine sahip, kaynağı ve tahliyesi olmayan alternatif elektromanyetik alanın elektrik bileşeninden farklıdır.
Elektrostatik alanın bu durumunu korumak için hiçbir enerji harcanmaz. Yalnızca bu alan oluşturulduğunda gereklidir (sürekli olarak bir elektromanyetik alan yaymak için enerji gerekir).
Bir elektrostatik alan, bu alana yerleştirilmiş durağan yüklü cisimlere etki eden mekanik kuvvetle olduğu kadar, durağan metalik cisimler üzerinde elektrostatik yüklerin indüklenmesi veya yönlendirilmesi ve bu alana yerleştirilmiş durağan dielektrik cisimlerin polarizasyonu ile de tespit edilebilir.
Ayrıca bakınız: