"Физика", Громов С.В., Родина Н.А., Белага В.В. и др./Под ред. Ю.А. Панебратцева
Электромагнитное поле — особый вид материи, который передаёт взаимодействие между заряженными частицами и телами. Оно проявляется как электрическое и магнитное поля: первое действует на заряды, второе связано с их движением и токами. Если поле меняется со временем, его составляющие способны порождать друг друга. Эта связь лежит в основе электромагнитных волн, радиосвязи и работы генераторов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электромагнитное поле — особый вид материи, посредством которого взаимодействуют заряженные частицы и тела. Оно не является обычным веществом, но существует независимо от того, наблюдает ли его человек. Это понятие нужно, чтобы описывать взаимодействия, которые нельзя объяснить непосредственным соприкосновением тел.
Электрическое поле — составляющая электромагнитного поля, действующая на электрические заряды. Заряженное тело может влиять на другое тело через пространство именно благодаря этому полю. Понятие помогает объяснить действие заряда на расстоянии, даже когда между телами нет контакта.
Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, возникающая при движении зарядов и действующая на движущиеся заряды и токи. Ток в проводнике, например, создаёт вокруг него магнитное поле. Это понятие используют, чтобы описывать магнитное действие токов и движущихся заряженных частиц.
Переменное электромагнитное поле — поле, электрическая и магнитная составляющие которого изменяются во времени и связаны между собой. Изменения одной составляющей сопровождаются появлением другой. Это определение нужно для понимания того, как электромагнитное взаимодействие распространяется в пространстве.
Вещество состоит из частиц, например атомов и молекул, а поле не представляет собой скопление таких частиц. Однако поле реально: оно передаёт действие от одного тела к другому и может изменяться и распространяться в пространстве. Поэтому электромагнитное поле называют особым видом материи, отличным от вещества, но не менее реальным.
Электрическое поле появляется вокруг электрического заряда, потому что заряд является источником электрического взаимодействия. Неподвижен заряд или движется — электрическое поле вокруг него сохраняется. Движение важно для магнитного поля: движущиеся заряды создают магнитное действие, а упорядоченное движение зарядов в проводнике называется электрическим током.
Если магнитное поле меняется со временем, его действие не ограничивается магнитной составляющей: возникает переменное электрическое поле. Причина в том, что электрическое и магнитное поля не являются полностью независимыми явлениями. Поэтому изменяющееся магнитное поле способно влиять на заряды даже там, где нет рядом движущегося магнита или провода.
Связь действует и в обратном направлении: изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле. Неподвижное электрическое поле само по себе не обязано создавать магнитное, но при изменении во времени ситуация другая. Значит, для объяснения переменных явлений нужно учитывать не одну составляющую, а обе.
Электрическая и магнитная составляющие — разные проявления единого электромагнитного поля. Когда они меняются во времени, каждая может быть связана с возникновением другой; такая связь позволяет возмущению поля распространяться дальше от источника. Это лежит в основе электромагнитных волн: в них переменные электрическое и магнитное поля распространяются вместе и переносят энергию.
| Признак | Электрическое поле | Магнитное поле | Электромагнитное поле |
|---|---|---|---|
| Что является источником | Электрические заряды | Движущиеся заряды, электрический ток | Заряды и токи; переменные составляющие поля связаны между собой |
| На какие объекты действует | На электрические заряды | На движущиеся заряды и токи | На заряженные частицы и тела через электрическое и магнитное действие |
| Связь с движением зарядов | Существует и у неподвижного заряда | Связано с движением зарядов | Учитывает электрическое и магнитное действие, в том числе при движении зарядов |
| Связь с изменением другого поля | Переменное электрическое поле связано с возникновением магнитного | Переменное магнитное поле связано с возникновением электрического | Электрическая и магнитная составляющие взаимосвязаны при изменении во времени |
| Как проявляется действие поля | Действует на заряд | Действует на движущийся заряд или ток | Проявляется как электрическое и магнитное действие; может распространяться в виде волны |
Сначала выберите признак, который требуется сравнить, и прочитайте соответствующую строку слева направо. Таблица помогает не смешивать источник поля с тем, на что оно действует. Для переменных процессов особенно полезно смотреть на строку о связи между составляющими.
1. Определяем, что известно: частица имеет электрический заряд, но в условии она покоится. Значит, заряд не движется относительно выбранной системы отсчёта. Это позволяет отдельно проверить, есть ли источник электрического и магнитного поля.
2. Заряд создаёт вокруг себя электрическое поле, потому что электрические заряды являются его источниками. Магнитное поле связано с движением зарядов, а в условии движения нет. Следовательно, магнитное поле покоящейся частицы здесь не возникает.
Ответ: вокруг частицы существует электрическое поле; магнитного поля, создаваемого её движением, нет. Если изменить систему отсчёта и частица в ней движется, описание магнитного поля может измениться. В этой задаче рассматриваем систему, относительно которой частица покоится.
1. Постоянный ток означает, что заряды упорядоченно движутся по проводнику. Поэтому вокруг проводника существует магнитное поле. Сам ток при этом не меняется со временем, так что из условия нельзя заключить, что магнитное поле переменно.
2. Когда сила тока начинает изменяться, меняется и создаваемое током магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле связано с возникновением электрического поля. Поэтому во втором случае нужно учитывать обе составляющие и их связь.
Ответ: при постоянном токе вокруг проводника есть магнитное поле; при изменяющемся токе магнитное поле меняется и возникает связанное с ним электрическое поле. В реальной цепи также есть электрическое поле, обеспечивающее движение зарядов, но ключевое отличие переменного режима — изменение магнитной составляющей и появление взаимосвязанных переменных полей.
1. В условии поле меняется и со временем, и от точки к точке, то есть оно не является постоянным. Изменение магнитной составляющей связано с возникновением электрической. Значит, рядом с изменяющимся магнитным полем появляется переменное электрическое поле.
2. Если электрическое поле тоже изменяется, оно связано с возникновением магнитного поля. Так электрическая и магнитная составляющие оказываются взаимосвязанными, а не существуют как два независимых явления. Это и позволяет говорить о переменном электромагнитном поле.
3. Изменения поля не обязаны оставаться в одной точке: они распространяются в пространстве, поддерживая взаимосвязь электрической и магнитной составляющих. Такое распространяющееся возмущение называют электромагнитной волной. Оно может переносить энергию и, например, передавать радиосигнал.
Ответ: переменное магнитное поле связано с появлением электрического, а его изменение — с магнитным. Их взаимосвязанные изменения распространяются в пространстве как электромагнитная волна.
Считать электрическое и магнитное поля полностью независимыми — ошибка, потому что при изменении во времени одна составляющая связана с возникновением другой. Так думают, когда запоминают только отдельные источники полей. Проверка простая: если в условии говорится об изменении поля, спросите себя, какая связанная составляющая появляется.
Утверждать, что любой заряд создаёт магнитное поле, неверно: для магнитного поля важно движение зарядов или ток. Ошибка возникает из-за смешения электрического и магнитного действия. Проверьте, указано ли движение заряда или наличие тока; если заряд покоится в выбранной системе отсчёта, сам по себе он создаёт электрическое, а не магнитное поле.
Сводить электромагнитное поле к электрическому полю неподвижного заряда тоже неправильно. Это объяснение описывает лишь один случай и не учитывает магнитную составляющую и переменные процессы. Чтобы проверить себя, уточните, рассматривается ли ток или изменение поля во времени.
Нельзя считать, что поле — это вещество из частиц, только потому что его нельзя увидеть. Поле не состоит из обычных атомов и молекул, но оно объективно существует и передаёт взаимодействие. Проверка: различайте невидимость и отсутствие — невидимое поле может проявляться своим действием на заряды и токи.
Для этой темы нужно знать, что такое электрический заряд и ток, а также как проявляется действие электрического и магнитного полей. Эти понятия помогают распознавать источники и объекты действия каждой составляющей. Если различать неподвижные и движущиеся заряды, связь полей становится понятнее.
Представление о взаимосвязанных полях пригодится при изучении электромагнитных колебаний и волн. Оно объясняет, как передаются радиосигналы и почему они могут распространяться от передатчика к приёмнику. Та же связь необходима для понимания принципа работы генераторов, в которых изменение магнитного поля связано с возникновением электрического.
Чем электромагнитное поле отличается от электрического поля?
Электрическое поле — одна составляющая электромагнитного поля, действующая на электрические заряды. Электромагнитное поле включает также магнитную составляющую, а при изменениях во времени они связаны друг с другом.
Может ли существовать магнитное поле вокруг неподвижного электрического заряда?
В выбранной системе отсчёта неподвижный заряд создаёт электрическое поле, но сам по себе не создаёт магнитного. Магнитное поле связано с движением зарядов или электрическим током.
Почему изменение одного поля вызывает появление другого?
Так устроено электромагнитное поле: изменение магнитной составляющей порождает электрическое поле, а изменение электрической — магнитное. Поэтому переменные составляющие могут поддерживать друг друга.
Является ли электромагнитное поле веществом?
Поле не является веществом, состоящим из атомов и молекул, но его считают особым видом материи. Оно существует объективно и передаёт взаимодействие, даже если его нельзя увидеть непосредственно.
Как электромагнитное поле связано с радиосвязью и электромагнитными волнами?
В радиопередатчике изменяющиеся токи создают переменные электрическое и магнитное поля. Их взаимные изменения распространяются в пространстве в виде электромагнитной волны, которая переносит сигнал к приёмнику.
26. Электромагнитное поле
