Номер 8, страница 116 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

8. В чем сходство и различие магнитного и электрического полей?

Сходство магнитного и электрического полей

Электрическое и магнитное поля, являясь двумя сторонами единого электромагнитного поля, обладают рядом общих (сходных) свойств.

1. И электрическое, и магнитное поле — это особые формы материи, которые существуют в пространстве и оказывают силовое воздействие. Они материальны.

2. Оба поля являются векторными. Они характеризуются в каждой точке пространства силовыми векторными величинами: напряженностью электрического поля $\vec{E}$ и индукцией магнитного поля $\vec{B}$.

3. Оба поля оказывают силовое воздействие на электрические заряды. Общая сила, действующая на заряд $q$ в электромагнитном поле, называется силой Лоренца и является суммой электрической и магнитной составляющих: $\vec{F} = q\vec{E} + q(\vec{v} \times \vec{B})$.

4. Для обоих полей справедлив принцип суперпозиции. Это означает, что поле, создаваемое несколькими источниками, равно векторной сумме полей, создаваемых каждым из источников по отдельности.

5. Поля неразрывно связаны и способны порождать друг друга. Изменяющееся во времени магнитное поле создаёт вихревое электрическое поле (закон электромагнитной индукции Фарадея), а изменяющееся электрическое поле или движущиеся заряды (ток) создают магнитное поле.

6. Возмущения обоих полей распространяются в пространстве с конечной скоростью — скоростью света $c$ в вакууме, образуя электромагнитные волны.

Ответ: Сходство электрического и магнитного полей заключается в их материальной природе, векторном характере, способности действовать на электрические заряды, подчинении принципу суперпозиции и в их неразрывной связи друг с другом в рамках единого электромагнитного поля, распространяющегося со скоростью света.

Различие магнитного и электрического полей

Несмотря на тесную связь, между этими полями существуют фундаментальные различия.

1. Источники поля. Электрическое поле создаётся электрическими зарядами (как покоящимися, так и движущимися). Источниками же магнитного поля являются только движущиеся электрические заряды (электрические токи) и переменные электрические поля. Изолированных магнитных зарядов (монополей), аналогичных электрическим, в природе не существует.

2. Действие на заряд. Электрическое поле действует на любой электрический заряд, вне зависимости от того, движется он или покоится. Сила этого действия (сила Кулона) $\vec{F_E} = q\vec{E}$. Магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Магнитная составляющая силы Лоренца равна $\vec{F_B} = q(\vec{v} \times \vec{B})$ и обращается в ноль, если скорость заряда $\vec{v} = 0$.

3. Направление силы. Вектор электрической силы $\vec{F_E}$ всегда направлен вдоль линии напряженности поля $\vec{E}$ (или против неё для отрицательного заряда). Вектор магнитной силы $\vec{F_B}$ всегда перпендикулярен как вектору скорости заряда $\vec{v}$, так и вектору магнитной индукции $\vec{B}$. Его направление определяется по правилу левой руки (или векторного произведения).

4. Совершение работы. Стационарное (неизменное во времени) электрическое поле является потенциальным и может совершать работу над зарядом при его перемещении, изменяя его кинетическую энергию. Магнитное поле работы над зарядом не совершает, так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости, и её мощность $P = \vec{F_B} \cdot \vec{v} = 0$. Магнитное поле может лишь изменять направление траектории частицы, но не величину её скорости.

5. Структура силовых линий. Силовые линии электростатического поля (созданного неподвижными зарядами) являются незамкнутыми. Они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, либо уходят в бесконечность. Силовые линии любого магнитного поля всегда замкнуты — они не имеют ни начала, ни конца. Это является графическим представлением того факта, что у магнитного поля нет источников-монополей (теорема Гаусса для магнетизма: $\nabla \cdot \vec{B} = 0$).

Ответ: Различия заключаются в их источниках (для электрического поля — любые заряды, для магнитного — только движущиеся заряды и переменные электрополя), характере действия на заряд (электрическое поле действует всегда, магнитное — только на движущийся заряд), направлении действия силы (электрическая сила параллельна полю, магнитная — перпендикулярна и полю, и скорости), способности совершать работу (электростатическое поле — потенциально и совершает работу, магнитное — нет) и структуре силовых линий (у электростатического поля они незамкнуты, у магнитного — всегда замкнуты).