Camp elèctric i magnètic: quines són les diferències?

El terme «camp» en rus significa una àrea molt gran de composició uniforme, per exemple, blat o patata.

En física i enginyeria elèctrica, s'utilitza per descriure diversos tipus de matèria, per exemple electromagnètica, que consisteix en components elèctrics i magnètics.

Amb aquestes formes de matèria s'associa la càrrega elèctrica. Quan està estacionària, sempre hi ha un camp elèctric al seu voltant, i quan es mou, també es forma un camp magnètic.

La idea de l'home sobre la naturalesa del camp elèctric (més precisament, electrostàtic) es forma a partir d'estudis experimentals de les seves propietats, ja que encara no hi ha cap altre mètode d'investigació. Amb aquest mètode, es va comprovar que actua sobre càrregues elèctriques en moviment i/o estacionàries amb una certa força. Mitjançant la mesura del seu valor, s'avaluen les principals característiques operatives.

Camp elèctric

Format:

• al voltant de les càrregues elèctriques (cossos o partícules);

• amb canvis en el camp magnètic, com els que es produeixen durant el moviment ones electromagnètiques. 

Es representa amb línies de força, que normalment es mostren emanant de càrregues positives i acabant en negatives. Les càrregues són, per tant, fonts de camp elèctric. Actuant sobre ells pots:

• identificar la presència d'un camp;

• introduïu un valor calibrat per mesurar-ne el valor.

Per a un ús pràctic, potència característica de l'anomenada tensió, que s'estima per l'acció sobre una sola càrrega amb un signe positiu.

Camp magnètic

Actua sobre:

• cossos elèctrics i càrregues en moviment amb un esforç definit;

• moments magnètics sense tenir en compte els estats del seu moviment.

El camp magnètic es crea:

• el pas d'un corrent de partícules carregades;

• sumant els moments magnètics dels electrons dins dels àtoms o altres partícules;

• amb un canvi temporal en el camp elèctric.

També es representa amb línies de força, però estan tancades al llarg del contorn, no tenen principi i final, a diferència de les elèctriques.

Interacció de camps elèctrics i magnètics

La primera justificació teòrica i matemàtica dels processos que tenen lloc en el camp electromagnètic va ser realitzada per James Clerk Maxwell. Va presentar un sistema d'equacions de formes diferencials i integrals en què mostrava la relació del camp electromagnètic amb les càrregues elèctriques i els corrents que flueixen en medis continus o buit.

En la seva obra utilitza les lleis:

• Amperes, que descriuen el flux de corrent a través d'un cable i la creació d'inducció magnètica al seu voltant;

• Faraday, explicant l'aparició d'un corrent elèctric per l'acció d'un camp magnètic altern sobre un conductor tancat.

Els treballs de Maxwell determinaven les relacions precises entre les manifestacions dels camps elèctrics i magnètics en funció de les càrregues distribuïdes a l'espai.

Ha passat molt de temps des de la publicació de les obres de Maxwell. Els científics estan estudiant constantment les manifestacions de fets experimentals entre camps elèctrics i magnètics, però fins i tot ara és difícil establir-ne la naturalesa. Els resultats es limiten a aplicacions purament pràctiques dels fenòmens considerats.

Això s'explica pel fet que amb el nostre nivell de coneixement només podem construir hipòtesis, ja que de moment només podem suposar alguna cosa.Al cap i a la fi, la natura té propietats inesgotables que encara s'han d'estudiar molt i durant molt de temps.

Característiques comparatives dels camps elèctrics i magnètics

Fonts d'educació

La relació mútua entre els camps d'electricitat i magnetisme ajuda a entendre el fet obvi: no estan aïllats, sinó connectats, però es poden manifestar de diferents maneres, representant una sola entitat: un camp electromagnètic.

Si ens imaginem que es crea un camp no homogeni de càrrega elèctrica des de l'espai en algun punt, que és estacionari respecte a la superfície de la Terra, aleshores no funcionarà per determinar el camp magnètic que l'envolta en repòs.

Si l'observador comença a moure's en relació amb aquesta càrrega, aleshores el camp començarà a canviar amb el temps, i el component elèctric ja formarà un de magnètic, que l'investigador permanent podrà veure amb els seus instruments de mesura.

De la mateixa manera, aquests fenòmens es produiran quan es col·loqui un imant estacionari en alguna superfície, creant un camp magnètic. Quan l'observador comenci a avançar cap a ella, detectarà l'aparició d'un corrent elèctric.Aquest procés descriu el fenomen de la inducció electromagnètica.

Per tant, no té gaire sentit dir que en el punt considerat de l'espai només hi ha un dels dos camps: elèctric o magnètic. Aquesta pregunta s'ha de fer en relació al marc de referència:

• estacionari;

• Mòbil.

És a dir, el marc de referència afecta la manifestació de camps elèctrics i magnètics de la mateixa manera que es veuen paisatges a través de filtres de diferents tonalitats. El canvi en el color del vidre afecta la nostra percepció de la imatge general, però fins i tot si prenem com a base la llum natural creada pel pas de la llum solar a través de l'atmosfera de l'aire, no donarà la imatge real en conjunt, sinó que la distorsionarà.

Això vol dir que el marc de referència és una de les maneres d'estudiar el camp electromagnètic, permet avaluar-ne les propietats, la configuració. Però això realment no importa.

Indicadors de camp electromagnètic

Camp elèctric

Els cossos carregats elèctricament s'utilitzen com a indicadors que mostren la presència d'un camp en un lloc determinat de l'espai. Poden utilitzar petits trossos de paper electrificats, boles, mànigues, "sultans" per observar el component elèctric.

Considerem un exemple on dues boles indicadores es col·loquen en suspensió lliure a banda i banda d'un dielèctric pla electrificat. Seran atrets igualment per la seva superfície i s'estendran en línia.

En la segona etapa, col·loquem una placa metàl·lica plana entre una de les boles i un dielèctric electrificat. Això no canviarà les forces que actuen sobre els indicadors. Les boles no canviaran de posició.

La tercera etapa de l'experiment està relacionada amb la posada a terra de la xapa metàl·lica. Tan bon punt això passi, la bola indicadora situada entre el dielèctric electrificat i el metall posat a terra canviarà de posició, canviant la seva direcció a vertical. Deixarà de ser atret per la placa i estarà subjecte només a les forces gravitatòries de la gravetat.

Aquesta experiència mostra que els blindatges metàl·lics posats a terra bloquegen la propagació de les línies de camp elèctric.

Camp magnètic

En aquest cas, els indicadors poden ser:

• llimadures d'acer;

• un bucle tancat per on circula un corrent elèctric;

• agulla magnètica (exemple de brúixola).

El principi de distribució d'encenalls d'acer al llarg de línies magnètiques de força és el més estès. També s'inclou en el funcionament de l'agulla magnètica que, per tal de reduir l'oposició de les forces de fricció, es fixa en un punt afilat i rep així una llibertat de gir addicional.

Lleis que descriuen les interaccions dels camps amb els cossos carregats

Camps elèctrics

El treball experimental de Coulomb, realitzat amb càrregues puntuals suspeses sobre un fil prim i llarg de quars, va servir per aclarir la imatge dels processos que tenen lloc en camps elèctrics.

Quan se'ls acostava una pilota carregada, aquesta afectava la seva posició, obligant-los a desviar-se en una certa quantitat. Aquest valor es fixa en el dial d'escala d'un dispositiu especialment dissenyat.

D'aquesta manera, les forces d'acció mútua entre càrregues elèctriques, les anomenades elèctrica, interacció de Coulomb… Es descriuen mitjançant fórmules matemàtiques que permeten els càlculs preliminars dels dispositius dissenyats.

Camps magnètics

Aquí funciona bé Llei d'Ampere basat en la interacció d'un conductor portador de corrent col·locat dins de les línies de força magnètiques.

Una regla que utilitza la disposició dels dits de la mà esquerra s'aplica a la direcció de la força que actua sobre el cable que transporta el corrent. Els quatre dits units s'han de situar en la direcció del corrent, i les línies de força del camp magnètic han d'entrar al palmell. Aleshores, el polze que sobresurt indicarà la direcció de la força desitjada.

Gràfics de vol

Les línies de força s'utilitzen per indicar-les en el pla del dibuix.

Camps elèctrics

Per indicar les línies de tensió en aquesta situació, s'utilitza un camp potencial quan hi ha càrregues estacionàries. La línia de força surt de la càrrega positiva i va a la negativa.

Un exemple de modelització de camp elèctric és una variant de col·locar cristalls de quinina en oli. Un mètode més modern és l'ús de programes informàtics de dissenyadors gràfics.

Permeten crear imatges de superfícies equipotencials, estimar el valor numèric del camp elèctric i analitzar diferents situacions.

Camps magnètics

Per a una major claredat de visualització, utilitzen línies característiques d'un camp de vòrtex quan es tanquen per un bucle. L'exemple anterior amb fitxers d'acer il·lustra clarament aquest fenomen.

Característiques de potència

És habitual expressar-les com a magnituds vectorials que tinguin:

• un determinat curs d'acció;

• valor de força calculat per la fórmula corresponent.

Camps elèctrics

El vector d'intensitat del camp elèctric a una càrrega unitat es pot representar en forma d'imatge tridimensional.

La seva magnitud:

• dirigit lluny del centre de càrrega;

• té una dimensió que depèn del mètode de càlcul;

• està determinada per l'acció sense contacte, és a dir, a distància, com la relació entre la força d'actuació i la càrrega.

Camps magnètics

La tensió que sorgeix a la bobina es pot veure com un exemple a la imatge següent.

Les línies magnètiques de força que hi ha des de cada gir exterior tenen la mateixa direcció i sumen. Dins de l'espai gir a gir, es dirigeixen de manera oposada. A causa d'això, el camp intern està debilitat.

La magnitud de la tensió es veu afectada per:

• la força del corrent que passa per la bobina;

• el nombre i la densitat de bobinats, que determinen la longitud axial de la bobina.

Els corrents més alts augmenten la força magnetomotriu. A més, en dues bobines amb el mateix nombre de voltes però amb diferents densitats de bobinat, quan circula el mateix corrent, aquesta força serà més gran on les espires estiguin més properes.

Així, els camps elèctrics i magnètics tenen diferències definides, però són components interconnectats d'una cosa comuna, l'electromagnètic.