Какое свойство относится только к вихревому электрическому полю
Силовые линии электростатического поля всегда разомкнуты — они начинаются и заканчиваются на электрических зарядах. Именно поэтому напряжение по замкнутому контуру в электростатическом поле всегда равно нулю, это поле не может поддерживать замкнутое движение зарядов и, следовательно, не может привести к возникновению электродвижущей силы.
Напротив, электрическое поле, возбуждаемое изменениями магнитного поля, имеет непрерывные силовые линии, т.е. представляет собой вихревое поле. Такое поле вызывает в проводнике движение электронов по замкнутым траекториям и приводит к возникновению ЭДС — сторонними силами являются силы вихревого электрического поля.
Циркуляция вэтого поля по любому контуру L проводника представляет собой ЭДС электромагнитной индукции:
29. Вращение рамки в магнитном поле.
Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели используются генераторы, принцип действия которых рассмотрим на примере плоской рамки, вращающейся в однородном (В = const) магнитном поле.
Пусть рамка вращается равномерно с угловой скоростью . Магнитный момент, сцепленный с рамкой площадью S, в любой момент времени t равен
где — угол поворота рамки в момент времени t.
При вращении рамки вней возникает переменная ЭДС индукции:
максимальное значение ЭДСиндукции . Тогда
При равномерном вращении рамки в однородном магнитном поле в ней возникает переменная ЭДС, изменяющаяся по гармоническому закону.
Процесс превращения механической энергии в электрическую обратим. Если по рамке, помещенной в магнитное поле, пропускать электрический ток, то на нее будет действовать вращающий момент М = IS[n,B] и рамка начнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей.
30. Вихревые токи (токи Фуко).
Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи замкнуты в толще проводника и называются вихревыми или токами Фуко.
Токи Фуко также подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующему вихревые токи. Поэтому массивные проводники тормозятся в магнитном поле. Кроме того, вихревые токи вызывают сильное нагревание проводников. В электрических машинах, для того чтобы минимизировать влияние токов Фуко, сердечники трансформаторов и магнитные цепи электрических машин собирают из тонких пластин, изолированных друг от друга специальным лаком или окалиной.
Джоулево тепло, выделяемое токами Фуко, используется в индукционных металлургических печах.
Взаимодействие вихревых токов с высокочастотным магнитным полем приводит к неравномерному распределению магнитного потока по сечению магнитопроводов — вытеснение магнитного потока из объема в приповерхностные области проводника. Это явление называется магнитным скин-эффектом.
Вихревые токи возникают и в самом проводнике, по которому течет переменный ток, что приводит к неравномерному распределению тока по сечению проводника — вытеснение токов высокой частоты в приповерхностные области проводника. Это явление называется электрическим скин-эффектом.
31. Индуктивность контура.
Электрический ток, текущий в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, по закону Био-Савара-Лапласа пропорциональна току. Поэтому сцепленный с контуром магнитный поток пропорционален току в контуре:
Ф = LI
где коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура.
Пример: индуктивность длинного соленоида.
Потокосцепление соленоида (полный магнитный поток сквозь соленоид):
откуда:
где N — число витков соленоида, l — его длина, S — площадь, μ.- магнитная проницаемость сердечника.
Индуктивность контура в общем случае зависит только от геометрической
формы контура, его размеров и магнитной проницаемости той среды, в которой он находится.
В этом смысле индуктивность контура — аналог электрической емкости уединенного проводника, которая также зависит только от формы проводника, его размеров и диэлектрической проницаемости среды.
32. Самоиндукция.
При изменении силы тока в контуре будет изменяться и сцепленный сним магнитный поток, а это, в свою очередь будет индуцировать ЭДС в этом контуре. Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется самоиндукцией.
Единица индуктивности — генри (Гн):1 Гн — индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1А равен 1В6 (1Гн=1Вб/А=1Вс/А).
Из закона Фарадея ЭДС самоиндукции
Если контур не деформируется и магнитная проницаемость среды не изменяется, то L = const и ЭДС самоиндукции:
где знак минус, обусловленный правилом Ленца, показывает, что наличие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нем.
Если ток со временем возрастает, то <0, т.е. ток самоиндукции направлен навстречу току, обусловленному внешним источником, и замедляет его возрастание.
Если ток со временем убывает, то > 0, т.е. ток самоиндукции имеет такое же направление, как и убывающий ток в контуре, и замедляет его убывание.
Таким образом, контур, обладая определенной индуктивностью, приобретает электрическую «инертность».
33. Токи при размыкании и замыкании цепи.
При всяком изменении силы тока в проводящем контуре возникает ЭДСсамоиндукции, в результате чего в контуре появляются дополнительные токи,называемые экстратоками самоиндукции.
индуктивностью L под действием внешней ЭДС 0 течет постоянный ток I0=ε/R. В момент времени t=0 выключим источник тока. Возникает ЭДС самоиндукции , препятствующаяуменьшению тока. Ток в цепи определяется законом Ома или . Разделяем переменные: и интегрируем по I (от I0 до I) и по t (от 0 до t): или
где — постоянная, называемая временем релаксации — время, в течение которого сила тока уменьшается в ераз.
Таким образом, при выключении источника тока сила тока убывает по экспоненциальному закону (а не мгновенно).
Оценим значение ЭДС самоиндукции при мгновенном увеличении сопротивления от Roдо R:
, откуда
Т.е. при резком размыкании контура (R»R0) ЭДС самоиндукции может во много раз превысить , что может привести к пробою изоляции и выводу из строя измерительных приборов.
При замыкании цепи помимо внешней ЭДС возникает ЭДС самоиндукции , препятствующая возрастанию тока. По закону Ома, или . Можно показать, что решение этого уравнения имеет вид:
, (кривая 2)
где I0 = — установившийся ток (при t —» ∞).
Таким образом, при включении источника тока сила токавозрастает по экспоненциальному закону (а не мгновенно).
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 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 будет, если проводник поместить в вакууме в электрическое поле с колоссально высокой напряженностью? Начнет ли он расщепляться?
Сусанна Казарян, США, Физик
Электрическое поле не может расщепить ядра атомов проводника, каким бы высоким оно не было, так как в ядрах присутствуют только положительные (протоны) и нейтральные (нейтроны) частицы (нуклоны). Да и ядерные силы притяжения внутри ядра всегда превышают электростатические силы отталкивания (Создатель специально для этого и создал нейтроны ). А вот поляризовать проводник электростатическим полем возможно из-за присутствия свободных электронов. Дальнейшее увеличение напряженности поля приведет к возбуждению и последующей ионизации атомов проводника (увеличивая число свободных электронов), а при чудовищных электрических полях (порядка миллиард вольт/см и выше) начнутся процессы разрушения электронных оболочек атомов, далее разрушение кристаллической структуры, и завершающее испарения голых ядер и электронов проводника в противоположных направлениях.
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
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
Сформулируйте разницу между изотропными и анизотропными сплошными средами?
Биолог, геолог, преподаватель. В перспективе к.филос.н.
Изотропная среда как футбольное поле или лес — можно двигаться в любом направлении и все направления одинаковы. В первом случае движению вообще ничего не мешает, во втором случае деревья распределены по площади равномерно и в итоге опять все направления одинаково неудобны.
Анизотропная — как парк. Вроде тоже можно идти в любом направлении, но по дорожкам ходить проще, а вне дорожек то дерево торчит, то клумба.
Прочитать ещё 1 ответ
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.