Вихревое электрическое поле

Что такое вихревое электрическое поле 

В электростатике источником поля являются положительно или отрицательно заряженные неподвижные частицы. 

Возьмем замкнутый проводник. В проводнике имеются свободные электроны, движение которых без воздействия электрического поля носит хаотичный характер. Поместим проводник в магнитное поле. По закону электромагнитной индукции, открытому М. Фарадеем, при изменении магнитного потока, пронизывающего виток, в витке появляется электродвижущая сила (ЭДС).

ЭДС действует на свободные электроны проводника, в результате заряды начинают двигаться упорядоченно. Так возникает индукционный ток, который вместе с ЭДС является индикатором вихревого поля.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Вихревое поле в физике — это электрическое поле, появляющееся в результате взаимодействия переменного магнитного поля и проводящего контура. Силовые линии вихревого поля всегда замкнуты.

вихревое электрическое поле 

Особенности, что является причиной возникновения

Магнитное поле само по себе не является источником зарядов, оно порождает ЭДС.

Примечание 1

Сделаем следующий вывод: главное отличие вихревого поля от электростатического заключается в том, что условие существования первого — наличие изменяющегося во времени магнитного потока, а второго — наличие электрического заряда или зарядов.

Из указанного свойства следует, что вихревое поле может существовать даже при отсутствии проводника. Благодаря этой особенности явление электромагнитной индукции и электрические вихревые поля находят применение в ускорителях частиц.

Магнитное поле также можно считать вихревым, поскольку его силовые линии замкнуты и поле существует без «магнитных» зарядов. Тогда аналогично электрическому вихревое магнитное поле возникает при:

  • наличии тока проводимости, то есть при движении заряженных частиц;
  • изменении во времени электрического поля.

Изменяющееся во времени электрическое поле, порождающее магнитное, называют током смещения.

Примечание 2

Ток смещения не является током в общепринятом понимании. Токи смещения — это не движущийся поток частиц-зарядов, а скорее физическое явление.

Явление, при котором под действием электрического образуется магнитное поле, называют магнитоэлектрической индукцией.

Взаимодействие электрического и магнитного полей приводит к появлению электромагнитных волн. При этом напряженность электрического поля и индукция магнитного совершают колебания в перпендикулярных плоскостях.

магнитоэлектрической индукцией

Скорость распространения электромагнитных волн, как и любых других волн, будет зависеть от свойств среды.

Работа вихревого электрического поля

В электростатическом поле работа по перемещению заряда зависит от величины этого перемещения. Когда заряженная частица, находясь в электростатическом поле, перемещается по замкнутому контуру, работа равна нулю.

Это утверждение нельзя применить к полю, имеющему вихревой характер. В этом случае, на всей траектории движения векторы силы и перемещения направлены в одну строну, и циркуляция векторного поля (работа сил поля) будет равна ЭДС.

Вихревое электрическое поле является не потенциальным, так как работа сил не зависит от величины перемещения.

Потенциальными называют поля, работа сил которых не зависит от траектории движения объекта, а определяется величиной перемещения — разностью конечных и начальных координат объекта. Силовые линии таких полей всегда разомкнуты.

Пример 

Примерами потенциальных полей являются электростатическое, гравитационное поля.

Напряженность вихревого электрического поля, формула

Электрическое поле в данной точке характеризуется величиной напряженности.

Линии напряженности вихревого электрического поля представляют собой замкнутые витки. Направление вектора напряженности совпадает с направлением индукционного тока и определяется по правилу Ленца.

Правило 

Индукционный ток в витке направлен так, чтобы противодействовать внешнему магнитному полю, приведшему к появлению этого тока.

На практике часто используют правило правой руки. Для этого правой рукой охватывают проводник так, чтобы отогнутый большой палец совпадал с направлением силовых линий магнитного поля. Четыре пальца при этом укажут направление вектора напряженности. При уменьшении магнитного поля вектор напряженности будет направлен в противоположную сторону.

При уменьшении магнитного потока

Сила, с которой поле воздействует на единичный заряд q, определяется по формуле:

Формула 1

 \(\overrightarrow F=q\cdot\overrightarrow E\)

Отсюда получим выражение для напряженности:

Формула 2

 \(\overrightarrow E=\frac{\overrightarrow F}q\)

ЭДС представляет собой работу сил поля, отнесенную к величине заряда, то есть:

Формула 3

 \(ЭДС=\frac Aq=\frac{F\cdot S}q\)

где S  величина перемещения, м.

Вихревое поле возникает в замкнутом проводнике, перемещение равно длине окружности. Тогда подставив в выражении для ЭДС формулу силы, получим:

Формула 4

 \(ЭДС=\frac{E\cdot q\cdot2\cdot\pi\cdot r}q=2\mathrm\pi\cdot\mathrm r\cdot\mathrm E\)

где r — радиус проводника, м.

Тогда формула для напряженности будет иметь вид:

Формула 5

 \(\mathrm E=\frac{\mathrm{ЭДС}}{2\mathrm\pi\cdot\mathrm r}\)

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 5.00 (Голосов: 1)

Заметили ошибку?

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»