האם תוכל להסביר את ההבדלים והדמיונות בין שדות חשמליים לשדות מגנטיים ולשדות כבידה

יש הבדלים דומים בין שדות חשמליים, שדות מגנטיים ושדות כבידה.

א. הבדלים

מקורות שונים של ייצור

שדה חשמלי: נוצר על ידי מטענים צפונים או בתנועה. לדוגמה, כדור מתכת בעל מטען חיובי יוצר שדה חשמלי במרחב הסובב אותו. המטען החיובי ימשוך מטענים שליליים ודוחה מטענים חיוביים באזור הסובב אותו.

שדה מגנטי: נוצר על ידי מטענים בתנועה (זרמים) או מגנטים קבועים. לדוגמה, תיל ישר עם זרם הזורם בו יוצר שדה מגנטי מעגלי סביבו. סולנואיד עם זרם הזורם בו יוצר גם כן שדה מגנטי חזק יחסית.

שדה כבידה: נוצר על ידי עצמים בעלי מסה. כדור הארץ הוא מקור עצום לשדות כבידה. כל עצם בכדור הארץ יהיה נתון לכוח הכובד של כדור הארץ.

תכונות בסיסיות שונות

תכונות כוח השדה המגנטי: השדה המגנטי מפעיל כוח על מטענים בתנועה או זרמים. כוח זה נקרא כוח לורנץ או כוח אמפר. כוח לורנץ F=qvB*sin# (כאשר q הוא המטען של המטען, v היא מהירות המטען, B הוא עוצמת השדה המגנטי ו# היא הזווית בין כיוון המהירות וכיוון השדה המגנטי).

כוח אמפר F=BIL*sin# (כאשר I היא עוצמת הזרם ו-L הוא אורך המוליך). כיוון כוח השדה המגנטי קשור לכיוון השדה המגנטי ולכיוון התנועה (או כיוון הזרם), ואפשר לקבוע אותו על פי כלל היד השמאלית.

תכונות הכובד: הכובד הוא חלק מכוח הכובד בין שני עצמים. כיוון הכובד תמיד אנכי כלפי מטה. הגודל של הכובד G=mg (כאשר m היא מסת העצם ו-g היא תאוצת הכובד).

מאפיינים שונים של השדות

שדה חשמלי: קווים חשמליים הם קווים מדומים המשמשים לתיאור כיוון ועוצמה של השדה החשמלי. קווים חשמליים מתחילים ממטענים חיוביים והם מסתיימים במטענים שליליים או באינסוף. עוצמת השדה החשמלי היא וקטור שמראה את עוצמתו וכיוונו של השדה החשמלי. לדוגמה, בשדה החשמלי שנוצר על ידי מטען נקודתי, עוצמת השדה החשמלי E=kQ/r*r (כאשר k הוא קבוע הקולון, Q הוא המטען של המקור, ו-r הוא המרחק מהמקור).

שדה מגנטי: קווי ההשראה המגנטית הם גם קווים מדומים המשמשים לתיאור כיוון ועוצמה של השדה המגנטי. קווי ההשראה המגנטית הם עקומות סגורות. מבחוץ הם מתחילים מהקוטב הצפוני וחוזרים לקוטב הדרומי. מבפנים הם עוברים מהקוטב הדרומי לקוטב הצפוני. עוצמת ההשראה המגנטית היא גם וקטור שמראה את עוצמתו וכיוונו של השדה המגנטי. לדוגמה, סביב תיל ישר עם זרם הזורם בו, עוצמת ההשראה המגנטית B=u0I/2Πr (כאשר u0 הוא התמיה מגנטית של הריק, I היא עוצמת הזרם, ו-r הוא המרחק מהתיל).

שדה כבידה: קווים של שדה הכובד הם למעשה קווים של כיוון הכובד, תמיד מצביעים אנכית כלפי מטה אל מרכז כדור הארץ. תאוצת הכובד היא וקטור שמראה את עוצמתו של שדה הכובד. ערכה של תאוצת הכובד משתנה מעט במקומות שונים על פני כדור הארץ.

ב. דמיון

קיימות בצורה של שדות

שדות חשמליים, שדות מגנטיים ושדות כבידה הם כולם בלתי נראה ולא ניתן לגשת אליהם, אבל הם יכולים להפעיל כוחות על עצמים בהם. הם מעבירים את הכוח באמצעות צורת שדות בחלל מבלי ליצור קשר ישיר עם העצמים. לדוגמה, מטען בשדה חשמלי יהיה נתון לכוח השדה החשמלי, מגנט בשדה מגנטי יהיה נתון לכוח השדה המגנטי, ועצם בשדה כבידה יהיה נתון לכוח הכובד.

עוצמות השדות הן כולן וקטורים

עוצמת השדה החשמלי, עוצמת ההשראה המגנטית ותאוצת הכובד הם כולם וקטורים. להם יש גודל וכיוון. כאשר מחשבים את כוח השדה על עצם, צריך לחשוב על כיוון עוצמת השדה. לדוגמה, כאשר מחשבים כוח חשמלי, כוח מגנטי וכובד, צריך לקבוע את כיוון הכוח בהתאם לכיוון עוצמת השדה והתכונות של העצם.

מסתמכים על חוקים פיזיקליים מסוימים

שדות חשמליים, שדות מגנטיים ושדות כבידה כולם מסתמכים על מספר חוקים פיזיקליים בסיסיים. לדוגמה, חוק קולון מתאר את הקשר בין כוח השדה החשמלי בין שני מטענים נקודתיים למטען ומרחק; חוק ביו-סאוואר מתאר את הקשר בין השדה המגנטי שנוצר על ידי אלמנט זרם לעוצמת הזרם, למרחק ולהזוית; חוק הכבידה האוניברסלי מתאר את הקשר בין כוח הכובד בין שני עצמים למסה ומרחק. חוקים אלה הם יסודות חשובים בפיזיקה ומדגישים את המהות והחוקים של פעולה של השדות.