Електричне, магнітне та електромагнітне поле

Найбільш складні поняття, з якими доводиться стикатися при вивченні електротехніки і радіотехніки, - це поняття про електричний, магнітному та електромагнітному полі. І справа тут, мабуть, не в тому, що електричне або магнітне поля не можна побачити чи помацати рукою. Адже ми досить чітко, хоча і спрощено, уявляємо собі атом, незважаючи на те що подивитися на нього не можемо.

Основна складність полягає в тому, що неможливо уявити собі якусь модель поля подібно до того, як ми малюємо в своїй уяві спрощену модель атома. Поняття про електричний, магнітному та електромагнітному полях найкраще взяти з найпростіших дослідів. Потім можна буде доповнити і розвивати ці поняття, використовуючи величезні досягнення математики і фізики в галузі вивчення полів.

Електричне поле виникає навколо будь-якого електричного заряду або навколо предмета, на якому є надлишок зарядів якогось одного знака. Ми потерли про шерсть пластмасову паличку дли звичайну гребінку, створивши на ній надлишок негативних зарядів, і простір навколо гребінки придбало якісь особливі властивості: дрібні клаптики паперу, потрапляючи в цей простір, починають притягуватися до неї. Яким чином наелектризована гребінка діє на клаптики паперу? Може бути, дія електричних сил передається через частинки навколишнього повітря?

Ні в якому разі! Якщо ми виконаємо свій досвід в порожнечі, то клаптики паперу будуть так само притягатися до гребінки, як і в повітрі або в будь-якому іншому газі (рис. 25). Значить, справа тут не в молекулах, атомах або інших частинках навколишнього середовища. Значить, навколо електричного заряду (в даному випадку навколо наелектризованої гребінки) існує якесь особливе стан простору, якась особлива форма матерії, через яку і передається дію електричних сил. Ця особлива форма матерії, що існує поряд з такою відомою нам формою матерії, як речовина, і є електричне поле.

Науці вже багато відомо про електричному полі. Відомо, наприклад, що воно має певну масою і запасом енергії (в нашому досвіді ця енергія витрачається на переміщення до гребінки клаптиків паперу). Багато чого про електричному полі ми ще не знаємо, проте факт його існування, підтверджений численними дослідами, не може викликати жодних сумнівів.

Інша особлива форма матерії, існування якої також підтверджується дослідами, - це магнітне поле. Магнітне поле з'являється як наслідок руху електричних зарядів. У цьому легко переконатися, якщо піднести компас до провідника, по якому тече постійний струм ( Мал. 7 ). Під дією магнітного поля, що виникає навколо провідника зі струмом, стрілка компаса кілька відхилиться, так само як вона відхилилася б під дією звичайного магніту. Магнітне поле, як і електричне, володіє запасом енергії (в нашому прикладі частина цієї енергії витрачається на поворот стрілки компаса).

Електричне і магнітне поля тісно пов'язані з електричним зарядом або його рухом: приберіть заряд - і електричне поле зникне; припиніть струм в ланцюзі - і магнітного поля немає. Але можна отримати електричне та магнітне поля, а точніше, більш складне, електромагнітне поле, не пов'язане з електричними зарядами, як би відірване від них.

Електромагнітне поле має риси як електричного поля (як кажуть, має електричну складову), так і магнітного поля (магнітна складова). Це означає, що електромагнітне поле могло б за певних умов і повертати стрілку компаса, подібно магнітному полю, і переміщати електричні заряди, подібно до електричного поля. Електрична і магнітна складові тісно пов'язані між собою, і кожна з них володіє запасом енергії, що визначає енергію всього електромагнітного поля.

Електромагнітне поле виникає при будь-якому, навіть незначній зміні струму в провіднику. Змінюючись разом з струмом, воно впливає на сусідні ділянки простору, передає їм свою енергію, і в цих, сусідніх ділянках також утворюється електромагнітне поле. Таким чином, на всі боки від провідника, зі швидкістю світла - 300 000 км / сек - все далі і далі рухається хвиля електромагнітного поля, переносячи з собою запаси енергії, які вона отримала ще в місці свого виникнення.