- Вихревое электрическое поле и его свойства
- Пример решения задачи, где проявляется действие вихревого электрического поля на электрические заряды
- Уметь объяснять причины возникновения ЭДС индукции в неподвижном контуре при изменении магнитного потока в нем
- Знать свойства вихревого электрического поля и отличать его от электростатического
- Уметь решать задачи, применяя свойства вихревого электрического поля
- Каковы причины возникновения ЭДС индукции в проводниках, которые движутся в постоянном магнитном поле?
- Может ли магнитное поле действовать на неподвижные заряды?
- Как можно объяснить возникновение ЭДС индукции в неподвижном контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром?
Вихревое электрическое поле и его свойства
Выясним природу возникновения индукционных токов в неподвижном замкнутом контуре. Поскольку индукционный ток появляется при изменении магнитного поля, Максвелл предположил, что изменяющееся магнитное поле порождает так называемое вихревое электрическое поле. Действие этого поля на свободные носители заряда в замкнутом проводящем контуре и приводит к появлению индукционного тока в этом контуре.
Изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. И наоборот, изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле.

Вихревое электрическое поле имеет принципиальное отличие от электростатического поля, порождаемого неподвижными электрическими зарядами:
- для появления вихревого электрического поля не требуются электрические заряды (заряженные частицы);
- силовые линии вихревого поля всегда замкнуты, не имеют ни начала, ни конца (рис.1);
- работа сил вихревого электростатического поля по переносу пробного электрического заряда по замкнутому контуру вдоль силовой линии отлична от нуля, вихревое поле не является потенциальным;
- чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше напряженность вихревого электрического поля; направление вектора напряженности вихревого электрического поля может быть определено по правилу Ленца;
- вихревое электрическое поле проявляется в действии на электрические заряды.
Изменение силы тока в обмотках электромагнита приводит к изменению магнитного поля между полюсами, в результате этого возникает вихревое электрическое поле. Силовые линии этого поля представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных оси симметрии изменяющегося магнитного поля.
Пример решения задачи, где проявляется действие вихревого электрического поля на электрические заряды.
Пример 1
Заряд равномерно распределен по тонкому диэлектрическому кольцу массой , лежащему на гладкой горизонтальной плоскости. Кольцо находится в однородном магнитном поле с индукцией , магнитные линии направлены вертикально. Определите угловую скорость, которую приобретет кольцо после выключения магнитного поля.
Решение
1. При изменении индукции магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Рассмотрим достаточно малый промежуток времени . Пусть модуль индукции магнитного поля за этот промежуток времени изменяется на . Тогда магнитный поток через поверхность, ограниченную кольцом, изменяется на , где R – радиус кольца. Следовательно, в течение промежутка времени в кольце будет действовать ЭДС, модуль которой равен:
. (1)
2. Силовая линия вихревого электрического поля, действующего на заряды кольца, представляет собой окружность, совпадающую с кольцом. Следовательно, модуль Е напряженности вихревого электрического поля во всех точках кольца одинаков. Поэтому ЭДС индукции по модулю равна работе вихревого поля по переносу пробного заряда по замкнутому контуру, совпадающему с кольцом, отнесенной к этому заряду:
. (2)
Из соотношений (1) и (2) получаем:
. (3)
3. Рассмотрим малый элемент кольца . Заряд этого элемента равен:
. (4)
4. Со стороны вихревого поля на этот элемент действует сила, направленная перпендикулярно радиусу, соединяющему этот элемент с центром кольца. Модуль этой силы равен:
. (5)
5. Масса рассматриваемого элемента кольца равна:
. (6)
Согласно второму закону Ньютона, модуль ускорения элемента кольца равен:
. (7)
Приращение модуля скорости элемента кольца за промежуток времени равно:
. (8)
6. Поэтому приращение модуля угловой скорости кольца за рассматриваемый промежуток времени с учетом соотношений (1) – (8) равно:
. (9)
Суммируя приращения угловых скоростей, получим ответ.
Ответ: .
Упражнение 1
Квадратная проволочная рамка со стороной 40 см лежит на столе. Линии индукции однородного магнитного поля перпендикулярны плоскости рамки. Модуль индукции этого поля за время 10 с равномерно убывает от 1 Тл до 0 Тл. Сопротивление витка 0,5 кОм. Определите работу, которую совершает вихревое электрическое поле в рамке за это время.
Контрольные вопросы
1. Какова природа сторонних сил, вызывающих появление ЭДС индукции в неподвижных проводниках?
2. Чем вихревое электрическое поле отличается от электростатического?
3. От чего зависит напряженность вихревого электрического поля?
Упражнение 1
5,1 мкДж