Explorarea campului electromagnetic

Explorarea campului electromagnetic

Studiul, calitativ si cantitativ, al campului electromagnetic se face determinand efectele (de exemplu fortele si momentele unor cupluri de forte) care se produc asupra unor corpuri plasate in camp. Determinarea acestor efecte in fiecare punct al campului electromagnetic, adica explorarea lui, trebuie facuta cu ajutorul unor corpuri de referinta care sa nu influenteze cu nimic campul electromagnetic existent prin prezenta lor si sa asigure redarea cantitativa a starii campului electromagnetic in fiecare punct al domeniului considerat (adica local). Corpurile care asigura o astfel de explorare a campului electromagnetic se numesc corpuri de proba si ele pot avea o definire si existenta pur teoretica, insa in concordanta cu logica experimentului de "cercetare" a campului.

Pentru explorarea macroscopica a campului electromagnetic numai sub aspectul lui electric, format in jurul unor corpuri asa-zis electrizate (v.cap.2) imobile, corpul de proba (electric) este un corp cu dimensiuni foarte mici in comparatie cu distanta de la punctul in care este plasat (unde se face explorarea) la corpul electrizat, fiind deci practic punctiform, pentru a permite explorarea unor regiuni, in principiu, oricat de mici din camp, teoretic in fiecare punct din domeniul explorat. Starea de electrizare (v.§1.2.1) a corpului de proba electric trebuie sa fie invariabila (de referinta, pentru care -in conditii exterioare egale- sa se exercite asupra lui forte egale). Prin experienta se constata ca pentru a se mentine starea de electrizare a corpului de proba neschimbata (invariabila) trebuie ca structura sa fizicochimica sa nu se modifice, ceea ce inseamna ca el trebuie sa fie metalic (dintr-un material conductor - v.§1.2.3) sau metalizat si sa fie perfect izolat (se presupune corpul de proba suspendat printr-un fir foarte subtire din matase si perfect elastic la incovoiere, dar inextensibil). In plus, starea corpului de proba trebuie sa fie astfel incat sa nu modifice cu nimic starea initiala a sistemului explorat, ceea ce impune ca sarcina electrica (v.§1.2.1) a corpului de proba, care se noteaza cu q_cp, sa fie foarte mica (teoretic q_cp→0). Se considera ca sarcina electrica q_cp a corpului de proba este pozitiva (v.§1.2.1). In sfarsit, pentru ca explorarea prin corpul de proba sa puna in evidenta numai fortele de provenienta electrica, trebuie ca toate celelalte forte ce ar putea apare (si un exemplu sunt fortele de atractie masica si cele din campul gravific) sa fie extrem de mici (sa tinda la zero); de aceea, corpul de proba electric se considera a fi un corp cu masa neglijabila. Un exemplu, comparativ, de corp de proba electric ar fi particula elementara numita pozitron.

Pentru explorarea macroscopica a campului electromagnetic numai sub aspectul lui magnetic, format in jurul unor corpuri asa-zis magnetizate (v. cap.5 si §1.2.1), sau/si a unor conductoare (v.§1.2.3) aflate in stare electrocinetica (v.cap.4 si §1.2.1), precum si a unor corpuri electrizate care -fata de sistemul de referinta imobil- se deplaseaza cu o viteza , se foloseste drept corp de proba fie acul magnetic, fie asa-zisa bucla de curent.

Acul magnetic, considerat corp de proba pentru explorarea campului magnetic, este un ac "mic" de busola slab magnetizat pentru a nu influenta campul explorat (aici, atributul de "mica" inseamna ca acul de busola are dimensiuni neglijabile in comparatie cu distantele fata de corpurile ce produc campul magnetic, dimensiuni ce tind la limita/teoretic catre zero, pentru ca acul sa se identifice cu punctul in care se exploreaza campul magnetic). Explorarea cu acul magnetic consta in determinarea -in fiecare punct din camp- a cuplului de forte (cu un moment) si, eventual, a rezultantei fortelor la care este supus, in general, acul magnetic plasat in camp magnetic. Acul magnetic se caracterizeaza prin momentul sau magnetic  (v.§1.2.1), care trebuie sa fie invariant.

Bucla de curent este un corp de proba, cu caracter teoretic, pentru explorarea campului magnetic care consta intr-o "mica" spira realizata dintr-un conductor foarte subtire, inchis (un inel), in care s-a stabilit un curent electric (v.§1.2.1) constant si invariabil I_bc (atributul de "mic" vrea sa insemne ca aria inchisa in planul ei de bucla, A_bc, tinde la limita catre zero, confundandu-se cu punctul din campul analizat). In practica (mai clar, in tehnica) bucla de curent (al carui model teoretic este aratat in figura 1.1a) se realizeaza din una sau mai multe spire (bucle) relativ mici, alimentate de la o sursa electrica (v.cap.4) de curent continuu SEcc prin fire de aductiune rasucite strans intre ele, situatie in care fortele din camp exercitate asupra firelor de alimentare a buclei se anuleaza reciproc si nu influenteaza spirele de explorare (se obtine astfel asa-numita bucla de explorare, reprezentata in figura 1.1b).

Bucla de curent se caracterizeaza prin momentul magnetic al buclei, sau momentul buclei, , un vector perpendicular pe planul ce contine bucla, definit prin expresia:

(1.1)

in care  este versorul normalei pe suprafata buclei, al carui sens este asociat cu sensul curentului I_bc dupa regula sistemului drept (v.§ 9.1.1). Conform expresiei (1.1), trecerea la limita A_bc→0 (pentru ca bucla sa fie punctiforma, pentru a reda starea locala a campului magnetic, din punctul in care se face explorarea) impune si trecerea la limita I_bc→ pentru ca momentul sa fie finit.

Pentru a putea preciza conditiile de explorare a unui camp, trebuie stabilit ce se intelege prin acelasi punct din camp si prin regasirea lui dupa un anumit interval de timp. Un punct al unui corp poate fi recunoscut -in principiu- oricand (considerand corpul nedeformabil si incompresibil), independent de sistemele geometrice de referinta. Un punct din afara corpurilor (din vid) nu poate fi regasit decat cu ajutorul unui sistem de referinta, care este legat de corpuri. In teoria macroscopica a campului electromagnetic, corpurile sunt presupuse continue, indiferent daca sunt dense sau atat de "rarefiate" incat nu exista decat "urme" din ele (la limita vid). In aceasta ipoteza de explorare este posibila identificarea directa a punctelor, legat de corpuri "existente peste tot", fara a mai fi necesara folosirea explicita a unui sistem de referinta.