Условие задачи

В чём сходство и различие электрического и магнитного полей?

Решение

Дисциплина, к которой относится данная задача, – электромагнетизм (раздел физики). Решение основывается на законах электродинамики, в частности, на уравнениях Максвелла и законе Лоренца.

1. Определение полей
 • Электрическое поле (обозначается символом E) определяется как поле, создаваемое электрическими зарядами, которое действует на другие заряды. Его величина в данной точке определяется как сила, действующая на единичный положительный заряд.
 • Магнитное поле (обозначается символом B) возникает благодаря движущимся зарядам (токам) или внутренним магнитным моментам элементарных частиц. Магнитное поле действует на движущиеся заряды, создавая силу, перпендикулярную как скорости заряда, так и направлению магнитного поля.

2. Сходство электрического и магнитного полей
 а) Оба поля являются векторными величинами, то есть имеют как величину, так и направление.
 б) Подчиняются принципу суперпозиции, что означает, что результирующее поле – это векторная сумма полей от всех источников.
 в) Являются составляющими единого электромагнитного поля, описываемого уравнениями Максвелла; в релятивистском представлении они объединяются в тензор поля.
 г) Изменения в обоих полях распространяются со скоростью света, что позволяет объяснить распространение электромагнитных волн.

3. Различия между электрическим и магнитным полями
 а) Источник поля
  – Электрическое поле создаётся статическими или медленно движущимися зарядами. Правило Гаусса для электрического поля гласит: дивергенция электрического поля равна плотности заряда, делённой на электростатическую постоянную: div E = ρ/ε₀.
  – Магнитное поле возникает только при наличии движущихся зарядов (токов) или за счёт внутренних магнитных моментов, и до настоящего времени не обнаружено магнитных монополей. Поэтому закон Гаусса для магнитного поля имеет вид: div B = 0.

 б) Закон действия на заряды
  – На заряд q, находящийся в электрическом поле, действует сила Fₑ = q·E.
  – На заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле, действует сила Лоренца, имеющая вид Fₘ = q·(v × B). То есть магнитное поле не воздействует на неподвижные заряды.

 в) Время изменения
  – Изменяющееся во времени магнитное поле создаёт вихревое электрическое поле согласно закону Фарадея электромагнитной индукции: rot E = –dB/dt.
  – Аналогично, изменяющееся электростатическое поле (а точнее, электрическое поле в переменном магнитном поле) связано с релеативистской природой электромагнитного взаимодействия.

4. Итог
Сходство электрического и магнитного полей заключается в их векторной природе, способности взаимодействовать с зарядами, соблюдении принципа суперпозиции и единстве в рамках уравнений Максвелла, которые описывают электромагнитное поле. Различие в источниках: электрическое поле обусловлено зарядом, а магнитное – движением зарядов; также поля проявляют различное действие на заряды в зависимости от их состояния (покой или движение) и имеют разные математические условия (div E ≠ 0 при наличии заряда, в то время как div B всегда равен 0).

Таким образом, электрическое и магнитное поля являются двумя аспектами одного феномена – электромагнетизма, но они существенно различаются по своей природе и способу воздействия на материальные объекты.

Нужно решить другие задачи?

Решить задачу

Похожие задачи