Общие свойства физических полей

Определения и обозначения

Физическое поле — форма материи, через которую тела взаимодействуют друг с другом. Само поле нельзя увидеть непосредственно, но можно заметить его действие. Это понятие нужно, чтобы объяснить взаимодействие на расстоянии, когда тела не соприкасаются.

Гравитационное поле — поле, создаваемое телами и действующее на другие тела с массой. Земля создаёт вокруг себя такое поле, поэтому книга падает вниз. Понятие помогает описать притяжение тел к Земле и друг к другу.

Электрическое поле — поле, создаваемое электрическими зарядами и действующее на другие заряды. Заряженная палочка может притягивать или отталкивать другое заряженное тело. Так объясняют взаимодействие зарядов без непосредственного контакта.

Магнитное поле — поле, создаваемое магнитами и движущимися электрическими зарядами. Оно действует на магниты и проводники с током. Это определение связывает свойства постоянных магнитов с явлениями, возникающими в электрических цепях.

Как это устроено

Физическое поле не является условной линией на рисунке и не означает просто пустое пространство. Это особая форма материи, которая находится между взаимодействующими телами и может передавать действие от одного тела к другому. Благодаря полю тело может влиять на другое, даже если между ними нет соприкосновения.

Поле обнаруживают не зрением, а по его воздействию на подходящее тело. Если поместить предмет в гравитационное поле, он начнёт падать или изменит своё движение; магнитное поле можно заметить по отклонению магнитной стрелки. Значит, наблюдаемый результат возникает потому, что пробное тело обладает свойством, на которое поле действует.

Разные источники создают разные поля, потому что сами обладают разными физическими свойствами. Масса связана с гравитационным полем, электрический заряд — с электрическим, а магнитные свойства и движение зарядов — с магнитным. Поэтому одно и то же тело может участвовать в нескольких взаимодействиях, но каждое поле проявится по-своему.

Поле занимает область пространства вокруг своего источника. Если источник удалили, поле в некоторой области может ещё сохраняться, поскольку оно не исчезает мгновенно во всех точках пространства. Это показывает, что поле не совпадает с самим источником и существует как самостоятельная форма материи.

Все поля различаются источниками и действием, но имеют общий признак: они передают взаимодействие и обнаруживаются по результату этого действия. Для наблюдения выбирают тело, которое обладает нужным свойством: массой, зарядом или магнитными свойствами. Так по изменению движения, положения или направления можно установить наличие поля.

Сравнение физических полей

Сначала найдите в таблице источник поля, затем определите, на какое тело оно действует. Последний столбец подсказывает, какой опыт или прибор поможет обнаружить поле. Например, падение книги указывает на гравитационное поле, а отклонение стрелки рядом с проводником — на магнитное.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Книга лежит на столе. Назовите поле, которое действует на книгу, и укажите, как обнаруживается его действие.

1. Книга имеет массу, поэтому может участвовать в гравитационном взаимодействии.
2. Рядом находится Земля, создающая гравитационное поле.
3. Действие поля проявляется в стремлении книги двигаться к Земле, если убрать опору.

Ответ. На книгу действует гравитационное поле Земли. Его действие обнаруживается по притяжению книги к Земле и её падению при освобождении от опоры.

Задача 2

Условие. Наэлектризованная палочка притягивает лёгкие кусочки бумаги. Определите, какое поле связано с этим действием и какие тела оно способно притягивать.

1. Палочка получила электрический заряд, значит, она является источником электрического поля.
2. Под действием поля заряды внутри кусочков бумаги немного разделяются, и бумага начинает притягиваться.
3. Следовательно, электрическое поле действует на электрические заряды, а не только на специально заряженные предметы.

Ответ. С действием связано электрическое поле палочки. Оно действует на заряженные тела и может притягивать лёгкие предметы, в которых заряды разделились.

Задача 3

Условие. Магнитная стрелка отклоняется рядом с проводником, по которому идёт ток. Какое поле обнаруживает стрелка и что является его источником?

1. Стрелка имеет магнитные свойства и реагирует на магнитное поле.
2. Отклонение появляется именно при прохождении тока, то есть при движении электрических зарядов.
3. Значит, причиной отклонения является магнитное поле, созданное проводником с током.

Ответ. Стрелка обнаруживает магнитное поле. Его источник — движущиеся электрические заряды в проводнике, то есть электрический ток.

Типичные ошибки

Поле считают пустым пространством. Так происходит, если поле путают с местом, где находится источник. Проверьте себя: поле должно быть связано с передачей взаимодействия и проявляться действием на тело.

Поле пытаются увидеть глазами. Ошибка возникает из-за привычки обнаруживать предметы напрямую. Нужно искать не изображение поля, а изменение движения, положения или направления подходящего тела.

Смешивают источник и объект действия. Например, Земля создаёт гравитационное поле, а книга испытывает его действие. Чтобы не ошибиться, задайте два вопроса: кто создаёт поле и на что оно влияет?

Считают, что любое поле действует на любое тело одинаково. На самом деле действие зависит от свойства тела: массы, заряда или магнитных свойств. Сверьте источник, поле и объект с соответствующими столбцами таблицы.

Связь с другими темами

До изучения полей нужно понимать, что тела взаимодействуют, а результат взаимодействия можно заметить по изменению движения или положения. Поле расширяет это представление: взаимодействие возможно и без соприкосновения тел.

Понятие поля понадобится при изучении силы тяжести, электрических зарядов, магнитов и электрического тока. Оно помогает объяснить, почему Земля притягивает тела, заряды взаимодействуют, а ток влияет на магнитную стрелку.

Что запомнить

• Физическое поле — форма материи.
• Поле передаёт взаимодействие между телами.
• Поле обнаруживают по его действию.
• Гравитационное поле связано с телами, имеющими массу.
• Электрическое поле создают электрические заряды.
• Магнитное поле создают магниты и движущиеся электрические заряды.