Каким свойством обладает вихревое индукционное электрическое поле
Закон электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Вихревые токи
Подробности
Просмотров: 324
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
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 |
Физика
Учебник для 10-11 классов
- ЭДС индукции возникает либо в неподвижном проводнике, помещенном в изменяющееся во времени магнитное поле, либо в проводнике, движущемся в магнитном поле, которое может не меняться со временем. Значение ЭДС в обоих случаях определяется законом (5.3.3), но происхождение ЭДС различно. Рассмотрим сначала первый случай.
Что возникает при изменении магнитного поля?
Пусть перед нами стоит трансформатор — две катушки, надетые на сердечник. Включив первичную обмотку в сеть, мы получим ток во вторичной обмотке, если она замкнута (рис. 5.7). Электроны в проводах вторичной обмотки придут в движение. Но какие силы заставляют их двигаться? Само магнитное поле, пронизывающее катушку, этого сделать не может, так как магнитное поле действует исключительно на движущиеся заряды (этим-то оно и отличается от электрического), а проводник с находящимися в нем электронами неподвижен*.
Рис. 5.7
Что же тогда действует?
Кроме магнитного поля, на заряды, причем как на движущиеся, так и на неподвижные, действует еще поле электрическое. Но ведь те поля, о которых пока шла речь (электростатическое и стационарное), создаются электрическими зарядами, а индукционный ток появляется под действием переменного магнитного поля.
Уж не замешаны ли здесь какие-то новые физические поля, коль скоро идея близкодействия считается незыблемой?
Но не нужно спешить с выводами и при первом же затруднении искать спасения в придумывании новых полей. Ведь у нас нет никаких оснований считать, что все свойства электрического и магнитного полей изучены. В законах Кулона, Био—Савара—Лапласа и Ампера, заключающих в себе основную информацию о свойствах поля, фигурируют постоянные во времени поля.
А что, если у переменных полей появляются новые свойства? Надо надеяться, что идея единства электрических и магнитных явлений, плодотворная до сих пор, не откажет и в дальнейшем.
Тогда останется единственная возможность: нужно предположить, что электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем и это поле непосредственно порождается переменным магнитным полем. Тем самым утверждается новое фундаментальное свойство электромагнитного поля: изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. К этому выводу впервые пришел Дж. Максвелл.
Теперь явление электромагнитной индукции предстает перед нами в новом свете. Главное в нем — это процесс порождения магнитным полем поля электрического. При этом наличие проводящего контура, например катушки, не меняет существа дела. Проводник с запасом свободных электронов (или других частиц) лишь помогает обнаружить возникающее электрическое поле. Поле приводит в движение электроны в проводнике и тем самым обнаруживает себя. Сущность явления электромагнитной индукции в неподвижном проводнике состоит не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении электрического поля, которое приводит в движение электрические заряды.
Вихревое поле
Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет совсем другую структуру, чем электростатическое. Оно не связано непосредственно с электрическими зарядами, и его линии напряженности не могут на них начинаться и кончаться. Они вообще нигде не начинаются и не кончаются, а представляют собой замкнутые линии, подобные линиям индукции магнитного поля. Это так называемое вихревое электрическое поле. Может возникнуть вопрос: а почему, собственно, это поле называется электрическим? Ведь оно имеет другое происхождение и другую конфигурацию, чем статическое электрическое поле. Ответ прост: вихревое поле действует на заряд q точно так же, как и электростатическое, а это мы считали и считаем главным свойством поля. Сила, действующая на заряд, по-прежнему равна 
= q
, где — напряженность вихревого поля.
Если магнитный поток создается однородным магнитным полем, сконцентрированным в длинной узкой цилиндрической трубке радиусом r0 (рис. 5.8), то из соображений симметрии очевидно, что линии напряженности электрического поля лежат в плоскостях, перпендикулярных линиям 
, и представляют собой окружности. В соответствии с правилом Ленца при возрастании магнитной индукции 
линии напряженности образуют левый винт с направлением магнитной индукции .
Рис. 5.8
В отличие от статического или стационарного электрического поля работа вихревого поля на замкнутом пути не равна нулю. Ведь при перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, так как сила и перемещение совпадают по направлению. Вихревое электрическое поле, так же как и магнитное поле, не потенциальное.
Работа вихревого электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.
Для конфигурации магнитного потока, изображенного на рисунке 5.8, эта удельная работа равна 2πrЕ, где r — расстояние от оси магнитного потока до определенной силовой линии Е. Согласно закону электромагнитной индукции для данного случая имеем:
Отсюда следует, что напряженность электрического поля убывает при увеличении r как 
:
Бетатрон
При быстром изменении магнитного поля сильного электромагнита появляются мощные вихревые электрические поля, которые можно использовать для ускорения электронов до скоростей, близких к скорости света. На этом принципе основано устройство ускорителя электронов — бетатрона. Электроны в бетатроне ускоряются вихревым электрическим полем внутри кольцевой вакуумной камеры К, помещенной в зазоре электромагнита М (рис. 5.9).
Рис. 5.9
Не все вопросы имеют смысл
Итак, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Но не кажется ли вам, что одного утверждения здесь недостаточно? Хочется знать, каков же механизм данного процесса. Нельзя ли разъяснить, как эта связь полей осуществляется в природе? И вот тут-то ваша естественная любознательность не может быть удовлетворена. Никакого механизма здесь просто нет. Закон электромагнитной индукции — это фундаментальный закон природы, значит, основной, первичный. Действием его можно объяснить многие явления, но сам он остается необъяснимым просто по той причине, что нет более глубоких законов, из которых бы он вытекал в виде следствия. Во всяком случае сейчас такие законы неизвестны. Таковыми являются все основные законы: закон тяготения, закон Кулона и т. д.
Мы, конечно, вольны ставить перед природой любые вопросы, но не все они имеют смысл. Так, например, можно и нужно исследовать причины различных явлений, но пытаться выяснить, почему вообще существует причинность, — бесполезно. Такова природа вещей, таков мир, в котором мы живем.
Наряду с потенциальным кулоновским электрическим полем существует вихревое электрическое поле. Линии напряженности этого поля замкнуты. Вихревое поле порождается переменным магнитным полем.
* В действительности дело обстоит не так просто. И в неподвижном проводнике электроны совершают беспорядочное тепловое движение. Но средняя скорость такого движения равна нулю. Соответственно и сила тока, вызванного непосредственно магнитным полем, также должна быть равной нулю.
Анонимный вопрос · 3 апреля 2018
7,2 K
Радиоинженер(Радиосвязь, электро-радионавигация)
В свободное время ремонтирую…
Для вихревого электрического поля характерно следующее:
замкнутость силовых линий;
порождается только при наличии переменного магнитного поля, а не зарядами
работа по перемещению заряда в замкнутом контуре,а также циркуляция вихревого электрического поля не равны нулю
Не только переменным магнитном полем
Что такое торсионные поля и как они связаны с сознанием?
У нас настолько стало модным считать, что всё сознание в другом измерении, что просто само собой разумеющий факт. Но не получится вытащить рыбку из пруда без труда. Если человек живет животной жизнью и не развивается духовно, то мышление у него животное — мозговое, а еще чаще инстинктивно-мозжечковое.
Различные торсионные поля вокруг человека можно увидеть и они вообще будут, если наблюдатель способен видеть духовно или наблюдаемый человек хоть как-то их развивал. Если что-то не развивать — то это атрофируется. У нас если мышцы не задействовать хотя бы год, то те же космонавты прилетая из космоса и тренируясь там, всё равно первые пару дней не могут привыкнуть к гравитации, чтобы спокойно перемещаться по поверхности Земли. Так и с вашими торсионными полями. Они в другом измерении, как то же магнитное поле или гравитация, но имеют связь с нашим как единое целое.
У человека три духовных уровня, они идут последовательно включая друг друга — растительный(одна самая первая душа отличающая живое от не живого), животный (включает растительную душу и присуще всему инстинктивному и более менее думающему) и осознанный(включает все предыдущие души и дающая человеку полную свободу в развитии, чего нет даже у тех же ангелов или демонов). Большинству людей хватает задействованию 2х душ и они с удовольствием жили бы как животные. Но если развивать третью душу(дух), то можно достичь необычайных способностей. Но всё развивается только через труд и дискомфорт. Вернемся к торсионным полям и сознанию. Когда мы развили третью душу на какой-то уровень, то они даёт нам возможность видеть другие измерения и взаимодействовать с ними. Эта душа как единый организм и что зрение, что виденье происходит полностью всем этим организмом. В другом измерении всё выглядит по-другому и наше тело будет представлять собой совокупность как раз этих торсионных полей. И чем мы будем более развиты третьей душой — тем мощнее будут эти поля, а соответственно и мышление с помощью духовного тела. Но люди не заинтересованы во всем этом — им нужна животная выгода: комфортнее отдыхать, вкуснее есть и удовлетворять свои инстинкты послаще. Все остальные желания людские из этих трех вытекают. Мы слишком сосредоточены на внешнем мире, забывая что главный мир внутри нас.
Что такое молния?Если разряд , то поток электронов ,вызванный чем?Куда им в воздухе стремиться!Как образуются молнии?
Люблю читать, смотреть фильмы, сериалы и аниме, играть в игры. Интересуюсь…
Я конечно не эксперт по молниям, но насколько я помню электрический заряд накапливается в облаках за счет трения капель воды, из которых состоит облако о воздух. В результате у облака есть электрический заряд, а у земли его нет, т.е. между землей и облаком образуется разность потенциалов, приводящая к электрическому разряду (молнии).
Что такое потенциал, какой его смысл? И что такое разность потенциалов?
⚡Информационный сайт «Заметки Электрика». Статьи и рекомендации по ремонту электрооборудов… · asutpp.ru
Если вы ведете речь о потенциале, как о разновидности электрической величины и как о характеристике, определяющей функцию напряжения, то это мера количества энергии. Все предметы вокруг нас состоят из атомов, молекул, электронов и других частиц, которые постоянно взаимодействуют между собой посредством электромагнитных сил. Потенциал представляет собой количественное выражение той самой энергии, которая возникает при взаимодействии мельчайших частиц. Но, в отсутствии пути передачи этой энергии она будет находиться в одной точке или на одном объекте.
Если рассмотреть суть электрического потенциала не с электрической стороны, а на более понятном примере, можете представить себе рогатку, в которую вы заряжаете шарик. Если оттянуть резинку на полметра и зафиксировать шар в этом положении, то он получит количество энергии, которая при освобождении запустит шар на 10 метров. Если тот же шар в резинке отвести на метр и зафиксировать в таком положении, то он будет обладать потенциалом энергии, которая сможет запустить его на 20 метров. Так вот потенциал представляет собой невидимую энергию, которая до возникновения определенных условий не может реализоваться или расходоваться.
Под разностью потенциалов понимается ситуация, когда в двух точках присутствует разное количество энергии. Классическим вариантом разности потенциалов является пальчиковая батарейка, на концах которой присутствует разность потенциалов в 1,5В – это означает, что потенциал плюсового полюса больше потенциала минусового полюса на 1,5В. Если рассмотреть напряжение в розетке, то разность потенциалов в ней составит 220В, но в отличии от батарейки, величина потенциала в каждой точке постоянно меняется, однако их разность остается постоянной – 220В.
Прочитать ещё 1 ответ
Что происходит с электронами металла при возникновении в нем электрического поля?
⚡Информационный сайт «Заметки Электрика». Статьи и рекомендации по ремонту электрооборудов… · asutpp.ru
Увы, не совсем корректная постановка вопроса, все дело в том, что любые предметы, которые нас окружают, уже обладают собственным электрическим полем, в том числе и металл. Поэтому поле в металле присутствует само по себе, как его неотъемлемая составляющая, совсем другое дело, если металл помещается в разность потенциалов, которая создает искусственное электромагнитное поле и направленное движение заряженных частиц – электрический ток.
Если вы помещаете любой металл под напряжение, в нем возникает электродвижущая сила и все атомы в металле попадают под воздействие электрического поля. До этого система атомов находится в равновесии, состав атомарных орбит соответствует нормальному состоянию, но в случае появления направленного электрического поля, основные носители заряда в металле – электроны получают дополнительную энергию, которой становится достаточно для преодоления силы притяжения ядра атома.
!
Электроны в металле начинают переходить на дальние орбиты, число которых определяются валентностью металла, к которому прикладывается напряжение. При удалении от ядра атома связь между электронами и ядром ослабевает и у электронов появляется большая свобода в движении. После чего электроны начинают взаимодействовать не только с ядром, но и притягиваться друг к другу при сближении по орбитам. Атом, в этой ситуации принимает уж более вытянутую форму, как показано на рисунке выше.
Прочитать ещё 1 ответ
Почему ветряные турбины имеют три лопасти?
Стажер исследователь ОИВТ РАН, лаборатория водородной и возобновляемой энергетики… · t.me/century_arch
Чем меньше лопастей у турбины, тем больше скорость ее вращения и тем меньше создаваемый на валу крутящий момент. Чем больше лопастей, тем выше крутящий момент и тем ниже скорость вращения за счет увеличения лобового сопротивления. Если оставить две лопасти, ветротурбина станет вращаться очень быстро, но с недостаточным крутящим моментом. Кроме того, существует проблема шума и высокого уровня изнашивающих конструкцию вибраций. По сравнению с трехлопастным вариантом четырехлопастная давала бы небольшой прирост крутящего момента, но вращалась бы еще медленнее. Чем меньше скорость, тем сложнее система редукторов, передающих вращение валу генератора. Плюс сама дополнительная лопасть дает прирост стоимости конструкции, и немалый. Поэтому трехлопастная конструкция признана оптимальной, во всяком случае для установок мегаваттного класса.
Прочитать ещё 1 ответ