Каким свойством обладает вихревое индукционное электрическое поле
Закон электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Вихревые токи
Подробности
Просмотров: 333
Электрический ток в цепи возможен, если на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называется ЭДС. При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в контуре появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС индукции.
Учитывая направление индукционного тока, согласно правилу Ленца:
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком.
Почему? – т.к. индукционный ток противодействует изменению магнитного потока, ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки.
Если рассматривать не единичный контур, а катушку, где N- число витков в катушке:
Величину индукционного тока можно рассчитать по закону Ома для замкнутой цепи
где R – сопротивление проводника.
ВИХРЕВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Причина возникновения электрического тока в неподвижном проводнике – электрическое поле.
Всякое изменение магнитного поля порождает индукционное электрическое поле независимо от наличия или отсутствия замкнутого контура, при этом если проводник разомкнут, то на его концах возникает разность потенциалов; если проводник замкнут, то в нем наблюдается индукционный ток.
Индукционное электрическое поле является вихревым.
Направление силовых линий вихревого электрического поля совпадает с направлением индукционного тока
Индукционное электрическое поле имеет совершенно другие свойства в отличии от электростатического поля.
Электростатическое поле – создается неподвижными электрическими зарядами, силовые линии поля разомкнуты – -потенциальное поле, источниками поля являются электрические заряды, работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути равна 0.
Индукционное электрическое поле ( вихревое электр. поле ) – вызывается изменениями магнитного поля, силовые линии замкнуты (вихревое поле), источники поля указать нельзя, работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути равна ЭДС индукции.
Вихревые токи
Индукционные токи в массивных проводниках называют токами Фуко. Токи Фуко могут достигать очень больших значений, т.к. сопротивление массивных проводников мало. Поэтому сердечники трансформаторов делают из изолированных пластин.
В ферритах – магнитных изоляторах вихревые токи практически не возникают.
Использование вихревых токов
– нагрев и плавка металлов в вакууме, демпферы в электроизмерительных приборах.
Вредное действие вихревых токов
– это потери энергии в сердечниках трансформаторов и генераторов из-за выделения большого количества тепла.
Электромагнитное поле – Класс!ная физика
Взаимодействие токов. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Сила Ампера —
Действие магнитного поля на движущийся заряд.Магнитные свойства вещества —
Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Направление индукционного тока. Правило Ленца —
ЭДС электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле —
ЭДС индукции в движущихся проводниках
—
Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Вопросы к пр/работе
Любознательным
Сальто-мортале жука-щелкуна
Если пощекотать лежащего на спинке жука-щелкуна, он подпрыгивает вверх сантиметров на 25,
при этом раздается громкий щелчок. Ерунда, возможно, скажете вы.
Но, действительно, жучок без помощи ног делает толчок с начальным ускорением 400 g, а затем переворачивается
в воздухе и приземляется уже на ноги. 400 g — удивительно!
Еще более удивительно то, что мощность, развиваемая при толчке, раз в сто больше мощности,
которую может обеспечить какая-либо из мышц жучка. Как удается жучку развить такую огромную мощность?
Часто ли он способен совершать свои изумительные прыжки? Чем ограничена частота их повторения?
Оказывается…
Когда жучок лежит вверх ногами, особый выступ на передней части его тела мешает ему распрямиться,
чтобы совершить прыжок. Какое-то время он накапливает мышечное напряжение, затем, резко изогнувшись, подбрасывает себя вверх.
Прежде чем жучок снова сможет подпрыгнуть, он должен снова медленно «напрячь» мышцы.
Источник: «Физический фейерверк» Дж. Уокер
Источник
Вихревое электрическое поле – это электрическое поле, которое порождается переменным магнитным полем и линии напряженности которго замкнуты.
Переменное магнитное поле порождает индуцированное электрическое поле. Если магнитное поле постоянно, то индуцированного электрического поля не возникнет. Следовательно, индуцированное электрическое поле не связано с зарядами, как это имеет место в случае электростатического поля; его силовые линии не начинаются и не заканчиваются на зарядах, а замкнуты сами на себя, подобно силовым линиям магнитного поля. Это означает, что индуцированное электрическое поле, подобно магнитному, является вихревым.
Если неподвижный проводник поместить в переменное магнитное поле, то в нем индуцируется э. д. с. Электроны приводятся в направленное движение электрическим полем, индуцированным переменным магнитном полем; возникает индуцированный электрический ток. В этом случае проводник является лишь индикатором индуцированного электрического поля. Поле приводит в движение свободные электроны в проводнике и тем самым обнаруживает себя. Теперь можно утверждать, что и без проводника это поле существует, обладая запасом энергии.
Сущность явления электромагнитной индукции заключается не столько в появлении индуцированного тока, сколько в возникновении вихревого электрического поля.
Это фундаментальное положение электродинамики установлено Максвеллом как обобщение закона электромагнитной индукции Фарадея.
В отличие от электростатического поля индуцированное электрическое поле является непотенциальным, так как работа, совершаемая в индуцированном электрическом поле, при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна э. д. с. индукции, а не нулю.
Направление вектора напряженности вихревого электрического поля устанавливается в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея и правилом Ленца. Направление силовых линий вихревого эл. поля совпадает с направлением индукционного тока.
Так как вихревое электрическое поле существует и в отсутствие проводника, то его можно применять для ускорения заряженных частиц до скоростей, соизмеримых со скоростью света. Именно на использовании этого принципа основано действие ускорителей электронов — бетатронов.
Индукционное электрическое поле имеет совершенно другие свойства в отличии от электростатического поля.
Отличие вихревого электрического поля от электростатического
1) Оно не связано с электрическими зарядами;
2) Силовые линии этого поля всегда замкнуты;
3) Работа сил вихревого поля по перемещению зарядов на замкнутой траектории не равна нулю.
электростатическое поле | индукционное электрическое поле |
| 1. создается неподвижными электр. зарядами | 1. вызывается изменениями магнитного поля |
| 2. силовые линии поля разомкнуты – потенциальное поле | 2. силовые линии замкнуты – вихревое поле |
| 3. источниками поля являются электр. заряды | 3. источники поля указать нельзя |
| 4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = 0. | 4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = ЭДС индукции |
Источник
Çàìåòêà íàïèñàíà ïî ìàòåðèàëàì ñàéòà Ê.Á. Êàííà «Ýëåêòðîäèíàìèêà. Âçãëÿä ôèçèêà» [1]. Èç íåãî æå âçÿòû âñå ôîðìóëû è ðèñóíêè. Öèòàòû èç «Ýëåêòðîäèíàìèêè» äàþòñÿ áåç ññûëêè íà èñòî÷íèê, ìîè çàìå÷àíèÿ ïðåäâàðåíû äâóìÿ ïðÿìûìè ñëåøàìè. Íèæå ïðåäñòàâëåíû ëèøü ôðàãìåíòû èç çàìåòêè, ïîëíûé òåêñò ìîæíî ïðî÷èòàòü íà ìî¸ì ñàéòå https://www.irgeo1.ru
Ïðîàíàëèçèðîâàâ ÿâëåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè â çàìêíóòîì êîíòóðå, Ìàêñâåëë âûñêàçàë ëîæíóþ ãèïîòåçó: Èçìåíÿþùååñÿ ìàãíèòíîå ïîëå, ïðîíèçûâàþùåå îãðàíè÷åííóþ ïðîâîäÿùèì êîíòóðîì ïîâåðõíîñòü, ïîðîæäàåò âèõðåâîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, êîòîðîå è ñîçäà¸ò çàòåì â êîíòóðå èíäóêöèîííóþ ÝÄÑ. Èìåííî âèõðåâîå ïîòîìó, ÷òî ìàãíèòíîå ïîëå íè ïðè êàêèõ åãî èçìåíåíèÿõ íå ìîæåò ñîçäàâàòü ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû. Ãèïîòåçà ïðîòèâîðå÷èëà ïðàâèëüíî ñôîðìóëèðîâàííîìó çàêîíó ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè Ôàðàäåÿ, èñõîäèâøåãî èç òîãî, ÷òî òîê â êîíòóðå âîçíèêàåò âñëåäñòâèå ïåðåñå÷åíèÿ èì ìàãíèòíûõ ñèëîâûõ ëèíèé.
Ê ñîæàëåíèþ, â îôèöèàëüíîé òåîðèè ýëåêòðîìàãíåòèçìà â êà÷åñòâå íåçûáëåìîé èñòèíû óòâåðäèëñÿ ëîæíûé ìàêñâåëëîâñêèé çàêîí èíäóêöèè. Ïðèâåäó ëèøü äâà ïðèìåðà. Ñïðàâî÷íèê ïî ôèçèêå ßâîðñêîãî [2]: ßâëåíèå ÝÌÈ «… îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïåðåìåííîå ìàãíèòíîå ïîëå âûçûâàåò ïîÿâëåíèå âèõðåâîãî èíäóêòèðîâàííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ». Ýíöèêëîïåäèÿ [3]: “Âèõðåâàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ Ý.ï. âîçíèêàåò ïðè èçìåíåíèè âî âðåìåíè ìàãí. ïîëÿ”.
Ñòðåìÿñü âîññòàíîâèòü èñòèíó, ïðîôåññîð Êàíí [1] ïèøåò: «Òåîðèÿ ïîëÿ èñêëþ÷àåò âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ âèõðåâîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ.  çàìêíóòîì ïðîâîäÿùåì êîíòóðå ãåíåðèðóåòñÿ íå âèõðåâîå ïîëå, à êðóãîâàÿ ïîòåíöèàëüíàÿ ÝÄÑ, ýíåðãèÿ êîòîðîé öåëèêîì ðàñõîäóåòñÿ íà òåïëîâûå ïîòåðè â êîíòóðå.  áåòàòðîíå óñêîðåíèå ýëåêòðîíîâ îñóùåñòâëÿåò ðàçîìêíóòîå (ñïèðàëüíîå) ïîòåíöèàëüíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå»
Ñîêðàùåíèÿ è òåðìèíû
Òåðìèíû ñî çíà÷êîì «*» ïðåäëàãàþòñÿ àâòîðîì â ïîðÿäêå îáñóæäåíèÿ.
Ý ÝÄÑ ãåíåðàòîðà â çàìêíóòîì êîíòóðå.
ÝÌÂ ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû.
ÝÌÈ ýëåêòðîìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ.
èíäóêöèîííûé òîê ñèíîíèì òåðìèíà «ñòîðîííèé òîê». Ïî Ôàðàäåþ èíäóêöèîííûé òîê ïðåäøåñòâóåò âîçíèêíîâåíèþ ÝÄÑ èíäóêöèè, ò.å. îïåðåæàåò ÝÄÑ èíäóêöèè ïî ôàçå.
êîíñåðâàòèâíàÿ ñèñòåìà âñå äåéñòâóþùèå íà íå¸ íåïîòåíöèàëüíûå ñèëû ðàáîòó íå ñîâåðøàþò, à âñå ïîòåíöèàëüíûå ñèëû ñòàöèîíàðíû [2].
ìàãíèòíîå ïîëå ïîëå äâèæóùåãîñÿ ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà, ïîðîæäàåìîå äåôîðìàöèÿìè åãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Âîçìîæíî, ñî âðåìåíåì íàéäóò áîëåå óäà÷íûé òåðìèí, ÷åì ýòîò äàíü äîãìå ñëîæèâøèõñÿ ïðåäñòàâëåíèé.
íåîôèöèàëüíàÿ ôèçèêà* îôèöèàëüíàÿ ôèçèêà çà èñêëþ÷åíèåì òàêèõ ãèïîòåç, êàê òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà, ãèïîòåçà Áîëüøîãî âçðûâà, ãèïîòåçà î ïóñòîòå, ãèïîòåçà îá îòñóòñòâèè ýôèðà è ò.ï. «ðàçìûøëåíèé», âûäàâàåìûõ çà ôóíäàìåíòàëüíûå òåîðèè.
ñòîðîííèé òîê òîê, ñîçäàâàåìûé ñòîðîííèìè ñèëàìè.
òîê ñìåùåíèÿ ñêëàäûâàåòñÿ èç ñòîðîííåãî è ïîòåíöèàëüíîãî òîêà àíàëîãà òîêà ïðîâîäèìîñòè,
1. «Äîêàçàòåëüñòâà» âèõðåâîãî õàðàêòåðà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ
 îñíîâíîì çàêîíå ÝÌÈ ïî Ìàêñâåëëó íåò ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ, êîòîðûå â òðàêòîâêå Ôàðàäåÿ èãðàþò ðåøàþùóþ ðîëü. Îäíàêî, çàêîí ðàáîòàåò âî ìíîæåñòâå ýêñïåðèìåíòîâ è âàðèàíòîâ ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ ÝÌÈ (èíäóêöèÿ â çàìêíóòîì êîíòóðå, öèêëè÷åñêèå óñêîðèòåëè è äð.).
Äîêàçûâàÿ ðàçóìíîñòü ãèïîòåçû Ìàêñâåëëà äëÿ çàìêíóòîãî êîíòóðà, åãî àäåïòû ññûëàþòñÿ íà ïîëîæåíèå òåîðèè ïîëÿ, ñîãëàñíî êîòîðîìó ðàáîòà â ïîòåíöèàëüíîì ïîëå ïî ëþáîé çàìêíóòîé êðèâîé ðàâíà íóëþ. Ðàáîòà æå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïî ïåðåìåùåíèþ åäèíèöû çàðÿäà â çàìêíóòîì ïðîâîäÿùåì êîíòóðå, ðàâíàÿ ÝÄÑ èíäóêöèè, îòëè÷íà îò íóëÿ.
Êàíí ïàðèðóåò: ýòî ïîëîæåíèå âåðíî ëèøü äëÿ êîíñåðâàòèâíûõ ïîëåé, íî íå âåðíî äëÿ äèññèïàòèâíûõ ñèñòåì, â ÷àñòíîñòè, äëÿ ìåòàëëè÷åñêîãî ïðîâîäÿùåãî êîíòóðà.  ó÷åáíûõ ïîñîáèÿõ ýòîò ñëó÷àé íèãäå íå ðàññìàòðèâàåòñÿ.  Èíòåðíåòå ìîæíî íàéòè ïîäîáíîå äîêàçàòåëüñòâî â èçëîæåíèè ìíîæåñòâà àâòîðîâ. Âîò ôàêñèìèëå îäíîãî èç íèõ [4]:
«Èçìåíåíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà, ïðîíèçûâàþùåãî êîíòóð, ìîæåò âîçíèêíóòü íå òîëüêî â ðåçóëüòàòå åãî äâèæåíèÿ â ìàãíèòíîì ïîëå, íî è ïðè èçìåíåíèè âåëè÷èíû èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ïðîíèçûâàþùåãî êîíòóð. Çàêîíîìåðåí âîïðîñ: êàêîâà ïðèðîäà ñòîðîííèõ ñèë â ýòîì ñëó÷àå? Ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû â ïðîâîäíèêå íàõîäÿòñÿ â õàîòè÷åñêîì äâèæåíèè, íà êàæäûé ýëåêòðîí äåéñòâóåò ìàãíèòíàÿ ñèëà Ëîðåíöà, íî òàê êàê äâèæåíèå ýëåêòðîíîâ õàîòè÷åñêîå, òî ñóììà âñåõ ìàãíèòíûõ ñèë Ëîðåíöà, äåéñòâóþùèõ íà îòäåëüíûå ýëåêòðîíû, ðàâíà íóëþ. Ïîýòîìó ìàãíèòíàÿ ñèëà Ëîðåíöà íå ìîæåò èãðàòü ðîëü ñòîðîííåé ñèëû â ñëó÷àå, êîãäà ïðîâîäíèê íåïîäâèæåí. Çàñòàâèòü äâèãàòüñÿ çàðÿäû â íåïîäâèæíîì ïðîâîäíèêå ìîæåò òîëüêî ñèëà Êóëîíà.
Àíàëèçèðóÿ ÿâëåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè, Ìàêñâåëë ïðèø¸ë ê âûâîäó, ÷òî ïðè÷èíà ïîÿâëåíèÿ ýëåêòðîäâèæóùåé ñèëû èíäóêöèè çàêëþ÷àåòñÿ â âîçíèêíîâåíèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïðè èçìåíåíèè ìàãíèòíîãî ïîòîêà ÷åðåç ïîâåðõíîñòü, îãðàíè÷åííóþ êîíòóðîì. Ñëåäîâàòåëüíî, è èíäóêöèîííûé òîê òàêæå âîçíèêàåò ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, ñîçäàþùåãîñÿ çà ñ÷¸ò èçìåíåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Êàê âñÿêîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, îíî ñîâåðøàåò ðàáîòó ïî ïåðåìåùåíèþ çàðÿäà â öåïè. Îäíàêî çäåñü èìåþòñÿ è ñâîè ïðèíöèïèàëüíûå îñîáåííîñòè.
Ñóùåñòâåííîé îñîáåííîñòüþ ýòîãî ïîëÿ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíî íå ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðîñòàòè÷åñêèì. Ñèëîâûå ëèíèè ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ âñåãäà ðàçîìêíóòû, îíè íà÷èíàþòñÿ è çàêàí÷èâàþòñÿ íà ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäàõ èëè â áåñêîíå÷íîñòè, è â ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ðàáîòà ýòèõ ñèë íà çàìêíóòîì êîíòóðå ðàâíà íóëþ. Ïîýòîìó ýëåêòðîñòàòè÷åñêîå ïîëå íå ìîæåò ïîääåðæèâàòü äâèæåíèå çàðÿäîâ ïî çàìêíóòîìó êîíòóðó è, ñëåäîâàòåëüíî, íå ìîæåò ïðèâåñòè ê âîçíèêíîâåíèþ ýëåêòðîäâèæóùåé ñèëû.
Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, âîçíèêàþùåå â ïðîöåññå èçìåíåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, íå ñâÿçàíî ñ êàêèì-ëèáî ðàñïðåäåëåíèåì ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ. Ñèëîâûå ëèíèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, ñâÿçàííîãî ñ ïåðåìåííûì ìàãíèòíûì ïîëåì, íå èìåþò íà÷àëà è êîíöà îíè çàìêíóòû íàïîäîáèå ñèëîâûõ ëèíèé ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Òàêîå ïîëå íàçûâàåòñÿ âèõðåâûì. Âèõðåâîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, âîçíèêàþùåå â ïðîöåññå ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè, ñîçäà¸ò ýëåêòðè÷åñêèé òîê â çàìêíóòîì ïðîâîäíèêå, ñëåäîâàòåëüíî, îíî ñïîñîáíî âûçûâàòü äâèæåíèå ýëåêòðîíîâ ïî çàìêíóòûì òðàåêòîðèÿì, ïðè ýòîì ñòîðîííèìè ñèëàìè ÿâëÿþòñÿ ñèëû âèõðåâîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Ðàáîòà ñèë ýòîãî ïîëÿ íà çàìêíóòîé òðàåêòîðèè íå ðàâíà íóëþ. Èìåííî ýòîé ðàáîòîé îïðåäåëÿåòñÿ ýëåêòðîäâèæóùàÿ ñèëà èíäóêöèè â çàìêíóòîì êîíòóðå. Ñëåäóåò ïîä÷åðêíóòü, ÷òî âèõðåâîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïðè èçìåíåíèè ìàãíèòíîãî ïîòîêà ñóùåñòâóåò íåçàâèñèìî îò òîãî, åñòü ëè â ýòîì ìåñòå çàìêíóòûé êîíòóð. Êîíòóð ÿâëÿåòñÿ ëèøü èíäèêàòîðîì, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ìîæíî îáíàðóæèòü íàëè÷èå âèõðåâîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ». Ïîñìîòðèì, òàê ëè ýòî.
2. Èíäóêöèîííîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå â çàìêíóòîì êîíòóðå
Íàïðÿæåíèå ìåæäó ëþáûìè äâóìÿ òî÷êàìè çàìêíóòîãî ïðîâîäÿùåãî êîíòóðà, â êîòîðîì ñîçäà¸òñÿ èíäóêöèîííàÿ ÝÄÑ, ðàâíî íóëþ. Âûâîä äîñòàòî÷íî íåîæèäàííûé, íî îí ïîäòâåðæäàåòñÿ ýêñïåðèìåíòîì. Âñÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ, ïðîèçâåä¸ííàÿ íà ëþáîì ó÷àñòêå çàìêíóòîãî êîíòóðà ïî èíäóêöèîííîìó ìåõàíèçìó, öåëèêîì òåðÿåòñÿ íà ýòîì æå ó÷àñòêå ïåðåõîäèò â òåïëî. Êàæäûé ó÷àñòîê êîíòóðà ÿâëÿåòñÿ îäíîâðåìåííî è ãåíåðàòîðîì, è íàãðóçêîé. Âåñü èíäóêöèîííûé êîíòóð (è ëþáóþ åãî ÷àñòü!) ìîæíî óïîäîáèòü êîðîòêîçàìêíóòîìó ãåíåðàòîðó, â êîòîðîì âñÿ ïðîèçâåä¸ííàÿ ýëåêòðîýíåðãèÿ ðàñõîäóåòñÿ íà ñîáñòâåííûå íóæäû.
À êàê æå áûòü ñ ïîëîæåíèåì òåîðèè ïîëÿ, óòâåðæäàþùèì, ÷òî â ïîòåíöèàëüíîì ïîëå öèðêóëÿöèÿ âåêòîðà ïî ëþáîé çàìêíóòîé êðèâîé (â íàøåì ñëó÷àå ýòî è åñòü ÝÄÑ â êîíòóðå) ðàâíà íóëþ? Äåëî â òîì, ÷òî ýòî ïîëîæåíèå âåðíî ëèøü äëÿ êîíñåðâàòèâíûõ ïîëåé (íàïðèìåð, â âàêóóìå), íî íåïðèìåíèìî äëÿ äèññèïàòèâíûõ ñèñòåì, êàêîâîé ÿâëÿåòñÿ ìåòàëëè÷åñêèé ïðîâîäÿùèé êîíòóð.  ó÷åáíûõ ïîñîáèÿõ ýòîò ñëó÷àé íèãäå íå ðàññìàòðèâàåòñÿ.
×òîáû äîêàçàòü âèõðåâóþ ïðèðîäó èíäóêöèîííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, ñòîðîííèêè ìàêñâåëëîâñêîé ìîäåëè ÝÌÈ ïðèáåãàþò ê ÷óäåñàì íàó÷íîé ýêâèëèáðèñòèêè. Àâòîð [5], íàïðèìåð, ñòàë óòâåðæäàòü: ïîêàçàíèÿ âîëüòìåòðà, èçìåðÿþùåãî ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè èíäóêöèîííîãî êîëüöà, çàâèñÿò îò òîãî
ñ êàêîé ñòîðîíû (ñïðàâà èëè ñëåâà îò êîëüöà) íàõîäèòñÿ âîëüòìåòð.
3. Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå â öèêëè÷åñêèõ óñêîðèòåëÿõ
Íå ëó÷øå îáñòîèò äåëî è ñ äîêàçàòåëüñòâîì âèõðåâîãî õàðàêòåðà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â áåòàòðîíàõ. Óñêîðåíèå ýëåêòðîíîâ ïðîèñõîäèò â âàêóóìèðîâàííîé òîðîèäàëüíîé êàìåðå, íàõîäÿùåéñÿ ìåæäó ïîëþñàìè ýëåêòðîìàãíèòà, êîòîðûé ïèòàåòñÿ ïåðåìåííûì ñèíóñîèäàëüíûì òîêîì ñ ÷àñòîòîé ïîðÿäêà 100 Ãö.
Ìàãíèòíîå ïîëå â áåòàòðîíå âûïîëíÿåò äâå ôóíêöèè: ñîçäà¸ò óñêîðÿþùåå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå è óäåðæèâàåò óñêîðÿåìûå ýëåêòðîíû íà êðóãîâîé îðáèòå. Óñêîðåíèå ýëåêòðîíîâ ïðîèñõîäèò èìïóëüñàìè âî 2-þ è 4-þ ÷åòâåðòü ïåðèîäà. “ íà÷àëå èìïóëüñà â êàìåðó ïîäà¸òñÿ èç ýëåêòðîííîé ïóøêè ïó÷îê ýëåêòðîíîâ, êîòîðûé ïîäõâàòûâàåòñÿ âèõðåâûì ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì è íà÷èíàåò ñî âñå âîçðàñòàþùåé ñêîðîñòüþ äâèãàòüñÿ ïî êðóãîâîé îðáèòå. Çà âðåìÿ íàðàñòàíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ (~10-3 ñ) ýëåêòðîíû óñïåâàþò ñäåëàòü äî ìèëëèîíà îáîðîòîâ è ïðèîáðåòàþò ýíåðãèþ, êîòîðàÿ ìîæåò äîñòèãàòü íåñêîëüêèõ ñîòåí Ìý» [6].
Ñîìíåíèé â òîì, ÷òî ýëåêòðîíû â áåòàòðîíå óñêîðÿþòñÿ âèõðåâûì ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì, íèêîãäà íè ó êîãî íå âîçíèêàëî. Âîò îïðåäåëåíèå èç «Áîëüøîãî ýíöèêëîïåäè÷åñêîãî ñëîâàðÿ» ïîñëåäíåãî âûïóñêà [7]: «Áåòàòðîí, öèêëè÷. óñêîðèòåëü ýë-íîâ, â ê-ðîì óñêîðåíèå ïðîèçâîäèòñÿ âèõðåâûì ýëåêòðè÷. ïîëåì, èíäóöèðóåìûì ïåðåì. ìàãí. ïîëåì, îõâàòûâàåìûì êðóãîâîé îðáèòîé ÷àñòèö».
Åñëè ïðåíåáðå÷ü ýëåêòðîìàãíèòíûì èçëó÷åíèåì ýëåêòðîíîâ è ñ÷èòàòü âàêóóì â óñêîðèòåëå èäåàëüíûì, ðàññóæäàþò ðåëÿòèâèñòû, òî ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå â óñêîðèòåëüíîé êàìåðå ìîæíî ñ÷èòàòü êîíñåðâàòèâíûì. Òî æå, ÷òî ýëåêòðîíû óñêîðÿþòñÿ, ãîâîðèò î òîì, ÷òî êðóãîâàÿ ÝÄÑ â áåòàòðîíå îòëè÷íà îò íóëÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ïîëå â óñêîðèòåëüíîé êàìåðå âèõðåâîå.
Îøèáêà òàêîãî àíàëèçà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî âîçíèêàþùåå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå çàâèñèò íå òîëüêî îò ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàò, íî è îò âðåìåíè. Åãî ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü â ÷åòûð¸õìåðíîì ïðîñòðàíñòâå Ìèíêîâñêîãî, ãäå ïëîñêàÿ êðóãîâàÿ òðàåêòîðèÿ ýëåêòðîíà ïðåâðàùàåòñÿ â «ñïèðàëü», ðàñòÿíóòóþ âäîëü îñè âðåìåíè. Ñäåëàâ ïîëíûé îáîðîò è âåðíóâøèñü â òó æå ïðîñòðàíñòâåííóþ òî÷êó òðàåêòîðèè, ýëåêòðîí îêàçûâàåòñÿ â äðóãîé òî÷êå ïðîñòðàíñòâà Ìèíêîâñêîãî, ïîòåíöèàë êîòîðîé îòëè÷åí îò ïîòåíöèàëà èñõîäÿùåé òî÷êè íà ïðåäûäóùåì âèòêå ñïèðàëè. Ýòà ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ è îïðåäåëÿåò ýíåðãèþ óñêîðåíèÿ ýëåêòðîíà íà îäíîì âèòêå òðàåêòîðèè. Ñèëîâûå ëèíèè òàêîãî âèíòîâîãî ïîëÿ ðàçîìêíóòû ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå è â öèêëè÷åñêèõ óñêîðèòåëÿõ ïîòåíöèàëüíî.
Èòàê, â äâóõ íàèáîëåå âàæíûõ ñëó÷àÿõ èñïîëüçîâàíèÿ ÝÌÈ ìû èìååì äåëî ñ ïîòåíöèàëüíûì ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì.
4. Çàêîí ÝÌÈ â ôîðìóëèðîâêå Ìàêñâåëëà íå èìååò ôèçè÷åñêîãî
ñìûñëà
Ñ òåõ ïîðû, êàê áûëà ïîêàçàíà ñâÿçü ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ÿâëåíèé, òåîðåòèêè ñòàëè èñïûòûâàòü íåóäîâëåòâîð¸ííîñòü èõ àñèììåòðèåé. Ïî÷åìó ýëåêòðè÷åñêèå ïîëÿ ðàçîìêíóòû, à ìàãíèòíûå çàìêíóòû? «Ðàçîìêíóòü» ìàãíèòíîå ïîëå ìîãëè áû ìîíîïîëè, íî ïîêà îáíàðóæèòü èõ íå óäàëîñü.
Ñèììåòðèçàöèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé íåâîçìîæíà
Ïî ñâîèì ñâîéñòâàì ýëåêòðè÷åñêîå è ìàãíèòíîå ïîëÿ îòëè÷àþòñÿ ïðèíöèïèàëüíî: Ìàãíèòíîå ïîëå ïîëå çàìêíóòîå, âèõðåâîå. Ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ õàðàêòåðèçóåò ìîìåíò ñèë. Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïî îïðåäåëåíèþ ñèëîâîå ïîëå.
Èç òåîðèè ïîëÿ èçâåñòíî, ÷òî ëþáîå ñèëîâîå ïîëå âñåãäà ïîðîæäàåò ïîòåíöèàëüíîå (ýíåðãåòè÷åñêîå) ïîëå. Òàê êàê ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ëþáîé êîíôèãóðàöèè åñòü ïîëå ñèëîâîå, òî ìîæíî ñäåëàòü îäíîçíà÷íûé âûâîä ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íå ìîæåò áûòü âèõðåâûì.
«Ýòî çàêëþ÷åíèå, áàçèðóþùååñÿ íà îñíîâíûõ ïîíÿòèÿõ òåîðèè ïîëÿ, ìîæíî ñ÷èòàòü îêîí÷àòåëüíûì ïðèãîâîðîì íå òîëüêî âèõðåâîìó ýëåêòðè÷åñêîìó ïîëþ, íî è ïîïûòêàì ñèììåòðèçàöèè ïîëåé è ñàìîé èäåå èõ âçàèìîäåéñòâèÿ. Ñîîòíîøåíèå (1) ëèøåíî ôèçè÷åñêîãî ñìûñëà».
Î æèâó÷åñòè ìèôà ïðî âèõðåâîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå.
Ïîëòîðà âåêà â ýëåêòðîäèíàìèêå èñïîëüçîâàëñÿ ôàíòîì âèõðåâîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå. Ïðèçðàê ðàáîòàë è ðàáîòàåò â òðàíñôîðìàòîðàõ è ãåíåðàòîðàõ, â ýëåêòðîäâèãàòåëÿõ è óñêîðèòåëÿõ, íå îáëàäàÿ òåîðåòè÷åñêè ýíåðãåòè÷åñêèì ïîòåíöèàëîì è ñïîñîáíîñòÿìè ê ñîâåðøåíèþ ðàáîòû. Ó÷¸íûå ìóæè ýòîãî òàê è íå çàìåòèëè äîãìà ìàêñâåëëîâñêîé ôîðìóëèðîâêè çàêîíà ÝÌÈ ïðîäîëæàåò íåçûáëåìî ãîñïîäñòâîâàòü íà ñòðàíèöàõ ó÷åáíèêîâ è íàó÷íûõ ðàáîò.
5. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îïðîâåðæåíèå ìàêñâåëëîâñêîãî çàêîíà ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè
ß äóìàþ äëÿ ýòîãî ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëþáîé èç èçâåñòíûõ «ïàðàäîêñîâ» ÝÌÈ, íàïðèìåð, èñïàíñêèé [8]. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå óñòðîéñòâî èñïàíñêèõ ôèçèêîâ âêëþ÷àëî äâå ñîîñíûå êàòóøêè, âëîæåííûå îäíà â äðóãóþ. Ïåðâè÷íàÿ öåïü ñîñòîÿëà èç âíóòðåííåé êàòóøêè, èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà è ðåîñòàòà. Âòîðè÷íîé öåïüþ ñëóæèë âíåøíèé ñîëåíîèä ðåîñòàò, ê äâèæêó êîòîðîãî áûë ïîäêëþ÷¸í áàëëèñòè÷åñêèé ãàëüâàíîìåòð.
Ãàëüâàíîìåòð íå ðåàãèðîâàë íà èçìåíåíèÿ òîêà â ïåðâè÷íîé öåïè è íà ïåðåìåùåíèå ðåîñòàòà âî âòîðè÷íîé öåïè. Ïî Ìàêñâåëëó òîê â êîíòóðå äîëæåí áûòü, à ïî Ôàðàäåþ – íåò, ò.ê. êîíòóð ñîëåíîèäà íå ïåðåñåêàåòñÿ ìàãíèòíûìè ñèëîâûìè ëèíèÿì. Êàê ãîâîðèòñÿ, êîììåíòàðèè èçëèøíè.
Çàêëþ÷åíèå
1. Âîçíèêàåò âîïðîñ, ïî÷åìó â òåîðèè ýëåêòðîìàãíåòèçìà óêîðåíèëàñü íåâåðíàÿ ôîðìóëèðîâêà îñíîâíîãî çàêîíà ÝÌÈ ïî Ìàêñâåëëó, à íå ïðàâèëüíàÿ ïî Ôàðàäåþ. Ïîòîìó, íàâåðíî, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû â ñîîòâåòñòâèè ñ ëîæíîé ÑÒÎ Ýéíøòåéíà ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ â ïóñòîòå, ãäå íåò íè ñâîáîäíûõ, íè ñâÿçàííûõ çàðÿäîâ. Ñ óðîâíÿ ïîâûøå îòâåò áóäåò èíîé: ýòî îäíî èç âåëèêîãî ìíîæåñòâà ñëåäñòâèé òîãî, ÷òî ðåëÿòèâèçì ïðèñâîèë ñåáå ìîíîïîëüíîå ïðàâî íà èñòèíó è ñòàë ïðåñëåäîâàòü îïïîíåíòîâ óãîëîâíî íàêàçóåìûìè è èíûìè ãíóñíûìè ìåòîäàìè.
2. Ñ÷èòàòü, ÷òî Êàíí ñòðîãî äîêàçàë íåâîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ âèõðåâîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, ïîëàãàþ, íåëüçÿ. Îäíàêî, â íîâûõ ó÷åáíèêàõ ïî ôèçèêå ïðè èçëîæåíèè îñíîâíîãî çàêîíà ÝÌÈ ðåêîìåíäóþ èñõîäèòü èç ïðåäñòàâëåíèé Ôàðàäåÿ.
Èñòî÷íèêè èíôîðìàöèè
1. Êàíí Ê.Á. Ñàéò «Ýëåêòðîäèíàìèêà. Âçãëÿä ôèçèêà». https://electrodynamics.narod.ru/
2. ßâîðñêèé Á.Ì., Äåòëàô À.À. Ñïðàâî÷íèê ïî ôèçèêå. Ì.: Íàóêà, 1990. 624 ñ.
3. Ýíöèêëîïåäèÿ Ôèçèêè è òåõíèêè. https://femto.com.ua/articles/part_2/4644.html
4. 6.2. Óíèâåðñàëüíûé çàêîí ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè.
5. Ðîìåð Ð. ×òî èçìåðÿþò «âîëüòìåòðû»? Çàêîí Ôàðàäåÿ äëÿ ìíîãîñâÿçíîé îáëàñòè.
[Ïåðåâîä èç: Amer. J. Phys. December 1982. P. 1069].
6. Ñàâåëüåâ È.Â. Êóðñ îáùåé ôèçèêè. Ò. 2. Ì.: Ôèçìàòëèò, 1978. Ñ. 216.
7. ÁÝÑ, Ôèçèêà. Ì.: Íàó÷íîå èçä. ÁÐÝ, 1999. Ñ. 52.
8. Lopez-Ramos A., Menendez J.R. and Pique C. Conditions for the validity of Faraday’s Law
Eur. J. Phys. 29 (2008), 1069-1076.
Îïóáëèêîâàíî: 22.05.2020
Источник