Champ électrique et magnétique : quelles sont les différences ?

Le terme «champ» en russe désigne une très grande surface de composition uniforme, par exemple du blé ou de la pomme de terre.

En physique et en génie électrique, il est utilisé pour décrire divers types de matière, par exemple électromagnétique, constituée de composants électriques et magnétiques.

La charge électrique est associée à ces formes de matière. Lorsqu'il est immobile, il y a toujours un champ électrique autour de lui, et lorsqu'il se déplace, un champ magnétique se forme également.

L'idée de l'homme sur la nature du champ électrique (plus précisément électrostatique) se forme sur la base d'études expérimentales de ses propriétés, car il n'existe toujours pas d'autre méthode de recherche. Avec cette méthode, on a constaté qu'elle agit sur des charges électriques mobiles et/ou stationnaires avec une certaine force. En mesurant sa valeur, les principales caractéristiques opérationnelles sont évaluées.

Champ électrique

Formé:

• autour des charges électriques (corps ou particules) ;

• avec des changements dans le champ magnétique, comme ceux qui se produisent pendant le mouvement ondes électromagnétiques. 

Il est représenté par des lignes de force, qui sont généralement représentées comme émanant de charges positives et se terminant par des charges négatives. Les charges sont donc des sources de champ électrique. En agissant sur eux, vous pouvez :

• identifier la présence d'un champ;

• entrer une valeur calibrée pour mesurer sa valeur.

Pour une utilisation pratique, caractéristique de puissance dite tension, qui est estimée par l'action sur une seule charge avec un signe positif.

Champ magnétique

Agit sur :

• corps électriques et charges en mouvement avec un effort défini;

• moments magnétiques sans tenir compte des états de leur mouvement.

Le champ magnétique est créé :

• le passage d'un courant de particules chargées ;

• en additionnant les moments magnétiques des électrons à l'intérieur des atomes ou d'autres particules ;

• avec une modification temporaire du champ électrique.

Il est également représenté avec des lignes de force, mais elles sont fermées le long du contour, elles n'ont pas de début et de fin, contrairement aux lignes électriques.

Interaction des champs électriques et magnétiques

La première justification théorique et mathématique des processus se déroulant dans le champ électromagnétique a été réalisée par James Clerk Maxwell. Il a présenté un système d'équations de formes différentielles et intégrales dans lequel il a montré la relation entre le champ électromagnétique et les charges électriques et les courants circulant dans des milieux continus ou sous vide.

Dans son travail, il utilise les lois :

• Ampères, décrivant le flux de courant à travers un fil et la création d'une induction magnétique autour de celui-ci ;

• Faraday, expliquant l'apparition d'un courant électrique à partir de l'action d'un champ magnétique alternatif sur un conducteur fermé.

Les travaux de Maxwell ont déterminé les relations précises entre les manifestations des champs électriques et magnétiques en fonction des charges distribuées dans l'espace.

Beaucoup de temps s'est écoulé depuis la publication des œuvres de Maxwell. Les scientifiques étudient constamment les manifestations de faits expérimentaux entre les champs électriques et magnétiques, mais même maintenant, il est difficile d'établir leur nature. Les résultats se limitent à des applications purement pratiques des phénomènes considérés.

Cela s'explique par le fait qu'avec notre niveau de connaissance nous ne pouvons que construire des hypothèses, puisque pour l'instant nous ne pouvons que supposer quelque chose.Après tout, la nature a des propriétés inépuisables qui doivent encore être étudiées beaucoup et pendant longtemps.

Caractéristiques comparées des champs électriques et magnétiques

Sources d'éducation

La relation mutuelle entre les champs de l'électricité et du magnétisme aide à comprendre le fait évident : ils ne sont pas isolés, mais connectés, mais ils peuvent se manifester de différentes manières, représentant une seule entité - un champ électromagnétique.

Si nous imaginons qu'un champ inhomogène de charge électrique est créé à partir de l'espace en un point, qui est stationnaire par rapport à la surface de la Terre, alors cela ne fonctionnera pas pour déterminer le champ magnétique qui l'entoure au repos.

Si l'observateur commence à se déplacer par rapport à cette charge, le champ commencera à changer dans le temps et la composante électrique en formera déjà une magnétique, que le chercheur permanent pourra voir avec ses instruments de mesure.

De même, ces phénomènes se produiront lorsqu'un aimant stationnaire est placé sur une surface, créant un champ magnétique. Lorsque l'observateur commencera à se diriger vers elle, il détectera l'apparition d'un courant électrique.Ce processus décrit le phénomène d'induction électromagnétique.

Par conséquent, cela n'a pas beaucoup de sens de dire qu'au point considéré dans l'espace il n'y a qu'un seul des deux champs : électrique ou magnétique. Cette question doit être posée par rapport au référentiel :

• Stationnaire;

• Mobile.

En d'autres termes, le cadre de référence affecte la manifestation des champs électriques et magnétiques de la même manière que la vision des paysages à travers des filtres de différentes teintes. Le changement de couleur du verre affecte notre perception de l'image globale, mais même si nous prenons comme base la lumière naturelle créée par le passage de la lumière du soleil à travers l'atmosphère de l'air, cela ne donnera pas la vraie image dans son ensemble, il va le déformer.

Cela signifie que le référentiel est une des manières d'étudier le champ électromagnétique, il permet d'évaluer ses propriétés, sa configuration. Mais cela n'a pas vraiment d'importance.

Indicateurs de champ électromagnétique

Champ électrique

Les corps chargés électriquement sont utilisés comme indicateurs indiquant la présence d'un champ à un endroit particulier de l'espace. Ils peuvent utiliser de petits morceaux de papier électrifiés, des balles, des manchons, des "sultans" pour observer le composant électrique.

Considérons un exemple où deux billes indicatrices sont placées en suspension libre de part et d'autre d'un diélectrique plat électrifié. Ils seront également attirés par sa surface et s'étendront en ligne.

Dans un second temps, on place une plaque métallique plane entre l'une des billes et un diélectrique électrifié. Cela ne changera pas les forces agissant sur les indicateurs. Les billes ne changeront pas de position.

La troisième étape de l'expérience est liée à la mise à la terre de la tôle. Dès que cela se produit, la boule indicatrice située entre le diélectrique électrifié et le métal mis à la terre changera de position, changeant sa direction à la verticale. Il cessera d'être attiré par la plaque et ne sera soumis qu'aux forces gravitationnelles de la gravité.

Cette expérience montre que les blindages métalliques mis à la terre bloquent la propagation des lignes de champ électrique.

Champ magnétique

Dans ce cas, les indicateurs peuvent être :

• limaille d'acier;

• une boucle fermée parcourue par un courant électrique ;

• aiguille aimantée (exemple boussole).

Le principe de répartition des copeaux d'acier le long des lignes de force magnétiques est le plus répandu. Il est également inclus dans le fonctionnement de l'aiguille magnétique qui, afin de réduire l'opposition des forces de frottement, est fixée sur une pointe acérée et reçoit ainsi une liberté de rotation supplémentaire.

Lois décrivant les interactions des champs avec des corps chargés

Champs électriques

Les travaux expérimentaux de Coulomb, réalisés avec des charges ponctuelles suspendues à un fin et long fil de quartz, ont servi à clarifier l'image des processus se déroulant dans les champs électriques.

Lorsqu'une balle chargée était amenée près d'eux, celle-ci affectait leur position, les obligeant à s'écarter d'un certain montant. Cette valeur est fixée sur le cadran d'échelle d'un appareil spécialement conçu.

De cette manière, les forces d'action mutuelle entre les charges électriques, les soi-disant électrique, interaction coulombienne… Ils sont décrits par des formules mathématiques qui permettent des calculs préliminaires des dispositifs conçus.

Champs magnétiques

ça marche bien ici Loi d'Ampère basé sur l'interaction d'un conducteur porteur de courant placé à l'intérieur des lignes de force magnétiques.

Une règle utilisant la disposition des doigts de la main gauche s'applique à la direction de la force agissant sur le fil conducteur de courant. Les quatre doigts réunis doivent être positionnés dans le sens du courant, et les lignes de force du champ magnétique doivent pénétrer dans la paume. Ensuite, le pouce saillant indiquera la direction de la force souhaitée.

Graphiques de vol

Les lignes de force sont utilisées pour les indiquer dans le plan du dessin.

Champs électriques

Pour indiquer les lignes de contrainte dans cette situation, un champ de potentiel est utilisé lorsque des charges stationnaires sont présentes. La ligne de force sort de la charge positive et va vers le négatif.

Un exemple de modélisation de champ électrique est une variante consistant à placer des cristaux de quinine dans de l'huile. Une méthode plus moderne consiste à utiliser des programmes informatiques de graphistes.

Ils permettent de créer des images de surfaces équipotentielles, d'estimer la valeur numérique du champ électrique et d'analyser différentes situations.

Champs magnétiques

Pour une plus grande clarté d'affichage, ils utilisent des lignes caractéristiques d'un champ tourbillonnaire lorsqu'elles sont fermées par une boucle. L'exemple ci-dessus avec des limes en acier illustre bien ce phénomène.

Caractéristiques de puissance

Il est d'usage de les exprimer sous forme de grandeurs vectorielles ayant :

• un certain plan d'action;

• valeur de force calculée par la formule correspondante.

Champs électriques

Le vecteur d'intensité de champ électrique à une charge unitaire peut être représenté sous la forme d'une image tridimensionnelle.

Son ampleur :

• dirigé loin du centre de charge ;

• a une dimension qui dépend de la méthode de calcul ;

• est déterminé par une action sans contact, c'est-à-dire à distance, comme le rapport de la force agissante à la charge.

Champs magnétiques

La tension apparaissant dans la bobine peut être vue à titre d'exemple dans l'image suivante.

Les lignes de force magnétiques à l'intérieur de chaque tour extérieur ont la même direction et s'additionnent. A l'intérieur de l'espace tour à tour, ils sont dirigés de manière opposée. De ce fait, le champ interne est affaibli.

L'amplitude de la tension est affectée par :

• l'intensité du courant traversant la bobine ;

• le nombre et la densité des enroulements, qui déterminent la longueur axiale de la bobine.

Des courants plus élevés augmentent la force magnétomotrice. De plus, dans deux bobines avec le même nombre de spires mais des densités d'enroulement différentes, lorsque le même courant circule, cette force sera plus élevée là où les spires sont plus proches.

Ainsi, les champs électriques et magnétiques ont des différences définies, mais ils sont des composants interconnectés d'une chose commune, électromagnétique.