שדות חלקיקים טעונים, שדות אלקטרומגנטיים ואלקטרוסטטיים ומרכיביהם
חלקיקים ושדות הם שני סוגים של חומר. מאפיין אופייני לאינטראקציה של חלקיקים היא שהיא מתרחשת לא במגע ישיר ביניהם, אלא במרחק מסוים ביניהם.
זאת בשל העובדה שהחלקיקים קשורים לשדה המקיף אותם וקובע את האינטראקציה ביניהם. לפיכך, החלקיקים מקיימים אינטראקציה דרך השדות שלהם.
שדות מופצים במרחב, בניגוד לחלקיקים בדידים, באופן רציף. חלק מהאינטראקציות הן דואליות בטבען. כך, למשל, שדה אלקטרומגנטי המתפשט בחלל בצורה של גלים מזוהה בו זמנית בצורה של חלקיקים נפרדים - פוטונים.
בטבע ישנם שדות מסוגים שונים: גרביטציוני (גרביטציוני), מגנטוסטטי, אלקטרוסטטי, גרעיני וכו'. כל תחום מאופיין במאפיינים מובחנים, אינהרנטיים.
בין שני סוגי חומר - חלקיקים ושדות - קיים קשר פנימי, המתבטא בעיקר בכך שכל שינוי במצב החלקיקים בא לידי ביטוי ישירות בשדה (ולהפך, כל שינוי בשדה משפיע על החלקיקים ), כמו גם בנוכחות תכונות כלליות: מסה, אנרגיה, תנע או תנע וכו'.
כמו כן, חלקיקים יכולים להפוך לשדה, והשדה לאותם חלקיקים. כל זה מראה שחומר ושדה הם שני סוגים של חומר.
בנוסף, יש הבדל בין שדות לחלקיקים, מה שמאפשר לנו להתייחס אליהם כסוגים שונים של חומר.
הבדל זה מורכב מהעובדה שחלקיקים אלמנטריים הם בדידים ותופסים נפח מסוים, הם אטומים לחלקיקים אחרים: לא ניתן לתפוס אותו נפח על ידי גופים וחלקיקים שונים. השדות רציפים ובעלי חדירות גבוהה: ניתן למקם שדות מסוגים שונים בו זמנית באותו נפח חלל.
חלקיקים וגופים יכולים לנוע בחלל בהשפעת כוחות חיצוניים, מואצים או מואטים, כלומר, מהירות התנועה של חלקיקים בחלל יכולה להיות שונה. שדות מתפשטים בחלל באותה מהירות, למשל בוואקום - במהירות השווה למהירות האור.
מכיוון שחלקיקים ושדות קשורים זה לזה באופן הדוק ומהווים שלם, אי אפשר לקבוע גבול מדויק בין חלקיק לשדה שלו במרחב.
עם זאת, ניתן לציין אזור קטן מאוד של חלל שבו באות לידי ביטוי תכונותיו של חלקיק בדיד. במובן זה, ניתן לקבוע את המידות באופן מותנה חלקיקים אלמנטריים… במרחב שמחוץ לאזור שצוין, ניתן להניח שיש רק שדה הקשור לחלקיק יסודי.
השדה האלקטרומגנטי ומרכיביו
בהנדסת חשמל, נחשב תחום שנגרם מתנועת חלקיקים נושאים מטענים חשמליים… שדה כזה נקרא אלקטרומגנטי. התופעות הקשורות בהתפשטות השדה הזה נקראות תופעות אלקטרומגנטיות.
אלקטרונים המסתובבים באטום סביב גרעין מקיימים אינטראקציה עם פרוטונים דרך שדה חשמלי, ובמקביל תנועתם שוות ערך לזרם חשמלי, שכפי שמראה הניסיון קשור תמיד לנוכחות של שדה מגנטי.
לכן, השדה שדרכו החלקיקים היסודיים של האטום מתקשרים זה עם זה, כלומר השדה האלקטרומגנטי, מורכב משני שדות: חשמלי ומגנטי. שדות אלו קשורים זה בזה ואינם ניתנים להפרדה זה מזה.
חיצונית, השדה האלקטרומגנטי בבדיקה מקרוסקופית מתבטא במקרים מסוימים בצורה של שדה נייח, ובמקרים אחרים בצורה של שדה חילופין.
במצב נייח של האטומים של חומר נתון, הן השדה החשמלי (במקרה זה השדה באטומים מחובר לחלוטין עם מטענים שווים של סימנים שונים) והן השדה המגנטי (בשל הכיוון הכאוטי של מסלולי האלקטרונים) ב. החלל החיצון אינו מזוהה.
עם זאת, אם שיווי המשקל באטום מופר (נוצר יון, תנועה מכוונת מונחת על תנועה כאוטית, זרמים אלמנטריים של חומרים מגנטיים מכוונים בכיוון אחד וכו'), אז מחוץ לחומר זה ניתן לזהות את השדה.בנוסף, אם המצב שצוין נשמר ללא שינוי, אז למאפייני השדה יש ערך קבוע לאורך זמן. שדה כזה נקרא שדה נייח.
השדה הנייח במהלך בדיקה מקרוסקופית במספר מקרים מתרחש בצורה של מרכיב אחד בלבד: או בצורה של שדה חשמלי (לדוגמה, שדה של גופים טעונים נייחים), או בצורה של שדה מגנטי (עבור לדוגמה, תחום המגנטים הקבועים).
המרכיבים של שדה אלקטרומגנטי נייח אינם ניתנים להפרדה מחלקיקים טעונים נעים: הרכיב החשמלי משויך למטענים חשמליים, והרכיב המגנטי מלווה (מקיף) חלקיקים טעונים נעים.
שדה אלקטרומגנטי משתנה נוצר כתוצאה משינוי או תנודה של חלקיקים טעונים, מערכות או מרכיבים של שדות נייחים. מאפיין של שדה כה גבוה הוא שאחרי שהוא קם (לאחר שנפלט ממקור), הוא מופרד מהמקור וחודר לסביבה בצורה של גלים.
המרכיב החשמלי של שדה זה קיים במצב חופשי, מופרד מחלקיקי החומר ובעל אופי מערבולת. אותו שדה הוא המרכיב המגנטי: הוא קיים גם במצב חופשי, שאינו קשור למטענים נעים (או זרם חשמלי). עם זאת, שני השדות מייצגים שלם בלתי נפרד ובתהליך התנועה במרחב הופכים כל הזמן זה לזה.
השדה האלקטרומגנטי המשתנה מתגלה על ידי פגיעה בחלקיקים ומערכות הנמצאות בנתיב ההתפשטות שלו, הניתנות להגדרה בתנועה נדנדת, וכן באמצעות מכשירים הממירים את אנרגיית השדה האלקטרומגנטי לאנרגיה מסוג אחר. (לדוגמה, תרמי).
מקרה מיוחד הוא הפעולה של שדה זה על איברי הראייה של יצורים חיים (האור הוא גלים אלקטרומגנטיים).
מרכיבי השדה האלקטרומגנטי - שדות חשמליים ומגנטים התגלו ונחקרו לפני השדה האלקטרומגנטי, ובאופן בלתי תלוי זה בזה: לא התגלה אז קשר ביניהם. זה הוביל לכך ששני האזורים נחשבו עצמאיים.
שיקולים תיאורטיים, שאושרו אז בניסוי, מראים שיש קשר בל יינתק בין שדות חשמליים למגנטים, וכל תופעה חשמלית או מגנטית תמיד מתבררת כאלקטרומגנטית.
ראה גם: שדה חשמלי ומגנטי: מהם ההבדלים?
שדה אלקטרוסטטי
רק שדה חשמלי מתגלה בוואקום או בתווך דיאלקטרי סביב גופים מבודדים שהם נייחים ביחס למתבונן עם עודף ללא שינוי במרחב ובזמן (במובן המקרוסקופי) מטענים חשמליים מאותו סימן המתקבלים במהלך יינון האטומים ( כתוצאה ממראה חשמול - חשמול של גופים, אינטראקציה של מטענים).שדה כזה נקרא אלקטרוסטטי.
שדה אלקטרוסטטי הוא סוג של שדה חשמלי נייח ושונה ממנו בכך שהחלקיקים הטעונים היסודיים הגורמים לשדה האלקטרוסטטי נמצאים רק בתנועה כאוטית, בעוד שהשדה הנייח נקבע על ידי תנועה מכוונת של אלקטרונים המונחים על התנועה הכאוטית.
בתחום זה, קביעות המאפיינים נובעת משעתוק מתמשך של התפלגות המטענים בשטח (תהליך שיווי משקל).
בשדה אלקטרוסטטי, הפעולה הכללית של מספר רב של חלקיקים טעונים ייחודיים בתנועה כאוטית מתמשכת בכיוונים שונים נתפסת מחוץ לגוף טעון כשדה עם מטען חשמלי מאותו סימן שאינו משתנה עם הזמן.
השפעת הרכיב המגנטי בשדה האלקטרוסטטי מנוטרלת הדדית עקב תנועה כאוטית של נושאי מטען בחלל החיצון ולכן אינה מזוהה.
מאפיין ייחודי של השדה האלקטרוסטטי הוא נוכחותם של גופי מקור וניקוז, אשר מקבלים מטענים עודפים של סימנים שונים (גופים שמהם נראה שדה זה זורם ואליהם הוא זורם).
השדה האלקטרוסטטי והגופים המחושמלים, שהם מקורות ושקעים של השדה, אינם ניתנים להפרדה זה מזה, ומייצגים ישות פיזית אחת.
בכך, השדה האלקטרוסטטי שונה מהמרכיב החשמלי של השדה האלקטרומגנטי המתחלף, אשר, הקיים במצב חופשי, בעל אופי מערבולת, אין לו מקור וניקוז.
לא מושקעת אנרגיה כדי לשמור על מצב זה של השדה האלקטרוסטטי. זה הכרחי רק כאשר שדה זה מבוסס (נדרש אנרגיה כדי לפלוט ברציפות שדה אלקטרומגנטי).
ניתן לזהות שדה אלקטרוסטטי על ידי הכוח המכני הפועל על גופים טעונים נייחים המוצבים בשדה זה, וכן על ידי השראת או הפניית מטענים אלקטרוסטטיים על גופים מתכתיים נייחים ועל ידי קיטוב של גופים דיאלקטריים נייחים הממוקמים בשדה זה.
ראה גם: