Električno polje koje nastaje kada se magnetsko polje promijeni ima potpuno drugačiju strukturu od elektrostatičkog. Nije direktno povezan s električnim nabojima, a njegove linije napetosti ne mogu početi i završiti na njima. One uopće ne počinju i ne završavaju nigdje, već su zatvorene linije, slične linijama indukcije magnetskog polja. Ovo je takozvano vrtložno električno polje. Može se postaviti pitanje: zašto se, zapravo, ovo polje naziva električnim? Na kraju krajeva, ima drugačije porijeklo i drugačiju konfiguraciju od statičkog električnog polja. Odgovor je jednostavan: vrtložno polje djeluje na naboj q baš kao i elektrostatička, a to smo smatrali i smatramo glavnim svojstvom polja. Sila koja djeluje na naboj je i dalje jednaka F= qE, Gdje E- intenzitet vrtložnog polja.
Ako magnetni tok stvara jednolično magnetsko polje koncentrisano u dugačkoj uskoj cilindričnoj cijevi poluprečnika r 0 (slika 5.8), onda je iz razmatranja simetrije očigledno da linije jakosti električnog polja leže u ravninama okomitim na linije B i da su krugovima. U skladu sa Lenzovim pravilom, kako se magnetsko polje povećava
Indukcijske linije napona E formiraju lijevi vijak sa smjerom magnetske indukcije B.
Za razliku od statičkog ili stacionarnog električnog polja, rad vrtložnog polja na zatvorenoj putanji nije nula. Zaista, kada se naboj kreće duž zatvorene linije jakosti električnog polja, rad na svim dijelovima puta ima isti predznak, jer se sila i kretanje poklapaju u smjeru. Vrtložno električno polje, kao i magnetsko polje, nije potencijalno.
Rad vrtložnog električnog polja za pomicanje jedinice pozitivan naboj duž zatvorenog nepokretnog vodiča numerički je jednaka induciranoj emf u ovom vodiču.
Ako naizmjenična struja teče kroz zavojnicu, tada se mijenja magnetni tok koji prolazi kroz zavojnicu. Stoga se indukovana emf javlja u istom vodiču kroz koji teče naizmjenična struja. Ovaj fenomen se naziva samoindukcija.
Kod samoindukcije, vodljivi krug igra dvostruku ulogu: struja teče kroz njega, uzrokujući indukciju, a u njemu se pojavljuje inducirana emf. Promjenjivo magnetsko polje inducira emf u samom vodiču kroz koji struja teče, stvarajući ovo polje.
U trenutku povećanja struje, intenzitet vrtložnog električnog polja, u skladu sa Lenzovim pravilom, usmjeren je protiv struje. Shodno tome, u ovom trenutku vrtložno polje sprečava povećanje struje. Naprotiv, u trenutku kada struja opada, vrtložno polje je podržava.
To dovodi do činjenice da kada je krug koji sadrži izvor konstantne EMF zatvoren, specifična vrijednost Jačina struje se ne uspostavlja odmah, već postepeno tokom vremena (slika 5.13). S druge strane, kada je izvor isključen, struja u zatvorenim kolima ne prestaje trenutno. Samoinduktivna emf koja nastaje u ovom slučaju može premašiti emf izvora, budući da se promjena struje i njenog magnetnog polja događa vrlo brzo kada se izvor isključi.
Fenomen samoindukcije može se uočiti u jednostavnim eksperimentima. Na slici 5.14 prikazano je kolo za paralelno povezivanje dvije identične lampe. Jedan od njih je povezan sa izvorom preko otpornika R, a drugi - u seriji sa zavojnicom L sa gvozdenim jezgrom. Kada je ključ zatvoren, prva lampica treperi skoro odmah, a druga sa primetnim zakašnjenjem. EMF samoindukcije u krugu ove lampe je velika, a jačina struje ne dostiže odmah svoju maksimalnu vrijednost. Pojava samoinduktivne emf pri otvaranju može se eksperimentalno posmatrati sa strujnim krugom koji je šematski prikazan na slici 5.15. Kada se otvori ključ u zavojnici L Pojavljuje se samoindukovana emf, koja održava početnu struju. Kao rezultat toga, u trenutku otvaranja, struja teče kroz galvanometar (isprekidana strelica), usmjerena suprotno početnoj struji prije otvaranja (puna strelica). Štaviše, jačina struje kada je krug otvoren premašuje jačinu struje koja prolazi kroz galvanometar kada je prekidač zatvoren. To znači da samoindukovana emf ξ.
više emf ξ je elementi baterije.
Fenomen samoindukcije sličan je fenomenu inercije u mehanici. Dakle, inercija dovodi do činjenice da pod utjecajem sile tijelo ne postiže odmah određenu brzinu, već postepeno. Tijelo se ne može trenutno usporiti, bez obzira na to koliko je velika sila kočenja. Na isti način, zbog samoindukcije, kada je krug zatvoren, jačina struje ne poprima odmah određenu vrijednost, već se postepeno povećava. Isključivanjem izvora struju ne zaustavljamo odmah. Samoindukcija ga održava neko vrijeme, uprkos prisutnosti otpora kola.
Dalje, da bi se povećala brzina tijela, prema zakonima mehanike, mora se obaviti rad. Prilikom kočenja, samo tijelo radi pozitivan rad. Na isti način, da bi se stvorila struja, mora se raditi protiv vrtložnog električnog polja, a kada struja nestane, ovo polje samo radi pozitivan rad.
Ovo nije samo površna analogija. Ima duboko unutrašnje značenje. Na kraju krajeva, struja je skup pokretnih nabijenih čestica. Kako se brzina elektrona povećava, mijenja se i magnetsko polje koje stvaraju i stvara vrtložno električno polje koje djeluje na same elektrone, sprječavajući trenutno povećanje njihove brzine pod utjecajem vanjske sile. Za vrijeme kočenja, naprotiv, vrtložno polje teži održavanju konstantne brzine elektrona (Lenzovo pravilo). Dakle, inercija elektrona, a samim tim i njihova masa, su barem djelomično elektromagnetnog porijekla. Masa ne može biti potpuno elektromagnetna, jer postoje električno neutralne čestice s masom (neutroni, itd.)
Induktivnost.
Modul B magnetske indukcije koju stvara struja u bilo kojem zatvorenom kolu proporcionalan je jačini struje. Pošto je magnetni tok F proporcionalan B, onda je F ~ V ~ I.
Stoga se može tvrditi da
Gdje L- koeficijent proporcionalnosti između struje u provodnom kolu i magnetskog fluksa koji se njime stvara, koji prodire u ovaj krug. Veličina L naziva se induktivitet kola ili njegov koeficijent samoinduktivnosti.
Koristeći zakon elektromagnetne indukcije i izraz (5.7.1), dobijamo jednakost:
| (5.7.2) |
Iz formule (5.7.2) slijedi da induktivnost- Ovo fizička količina, numerički jednak samoinduktivnoj emf koja se javlja u kolu kada se struja promijeni za 1 A po 1 str.
Induktivnost, kao i električni kapacitet, zavisi od geometrijskih faktora: veličine vodiča i njegovog oblika, ali ne zavisi direktno od jačine struje u vodiču. Osim
geometrija provodnika, induktivnost zavisi od magnetnih svojstava sredine u kojoj se provodnik nalazi.
SI jedinica induktivnosti naziva se henry (H). Induktivnost provodnika je jednaka 1 Gn, ako u njemu kada se jačina struje promijeni za 1 A iza 1s javlja se samoindukovana emf 1 V:
Drugi poseban slučaj elektromagnetne indukcije je međusobna indukcija. Međusobna indukcija je pojava inducirane struje u zatvorenom kolu(motuljak) kada se promijeni jačina struje u susjednom kolu(motuljak). U ovom slučaju, konture su stacionarne jedna u odnosu na drugu, kao što su, na primjer, zavojnice transformatora.
Kvantitativno, međusobnu indukciju karakterizira koeficijent međusobne indukcije, odnosno međusobna induktivnost.
Slika 5.16 prikazuje dva kola. Kada se struja I 1 promijeni u kolu 1 u kolu 2 javlja se indukciona struja I 2.
Tok magnetske indukcije F 1.2, stvoren strujom u prvom krugu i koji prodire u površinu ograničenu drugim krugom, proporcionalan je jačini struje I 1:
Koeficijent proporcionalnosti L 1, 2 naziva se međusobna induktivnost. Slično je induktivnosti L.
Indukovana emf u drugom kolu, prema zakonu elektromagnetne indukcije, jednaka je:
Koeficijent L 1.2 određen je geometrijom oba kola, rastojanjem između njih, njihovim relativnim položajem i magnetnim svojstvima okruženje. Izražava se međusobna induktivnost L 1.2, kao induktivnost L, u Henriju.
Ako se struja promijeni u drugom krugu, tada se u prvom krugu javlja inducirana emf
Kada se u provodniku promijeni jačina struje, u provodniku se pojavljuje vrtložno električno polje. Ovo polje usporava elektrone kada se struja povećava i ubrzava kada se smanjuje.
Trenutna energija magnetnog polja.
Kada je sklop koji sadrži izvor konstantnog EMF-a zatvoren, energija izvora struje se u početku troši na stvaranje struje, tj. na pokretanje elektrona provodnika i formiranje magnetskog polja povezanog sa strujom, i također dijelom na povećanje unutrašnja energija provodnika, odnosno da ga zagreje. Nakon što se uspostavi konstantna vrijednost struje, energija izvora se troši isključivo na oslobađanje topline. U ovom slučaju, trenutna energija se ne mijenja.
Da bi se stvorila struja, potrebno je potrošiti energiju, tj. mora se obaviti rad. To se objašnjava činjenicom da kada se krug zatvori, kada struja počne rasti, u vodiču se pojavljuje vrtložno električno polje koje djeluje protiv električnog polja koje se stvara u vodiču zbog izvora struje. Da bi jačina struje postala jednaka I, izvor struje mora raditi protiv sila vrtložnog polja. Ovaj rad ide na povećanje trenutne energije. Vrtložno polje radi negativan rad.
Kada se krug otvori, struja nestaje i vrtložno polje obavlja pozitivan rad. Energija pohranjena u struji se oslobađa. Ovo se detektuje snažnom varnicom koja se javlja kada se otvori strujni krug sa visokom induktivnošću.
Izraz za energiju struje I koja teče kroz kolo sa induktivnošću L može se napisati na osnovu analogije između inercije i samoindukcije.
Ako je samoindukcija slična inerciji, onda bi induktivnost u procesu stvaranja struje trebala igrati istu ulogu kao i masa pri povećanju brzine tijela u mehanici. Ulogu brzine tijela u elektrodinamici ima jačina struje I kao veličina koja karakterizira kretanje električnih naboja. Ako je to tako, tada se trenutna energija W m može smatrati veličinom sličnom kinetičkoj energiji tijela - u mehanici, i to upisati u formular.
Kroz kolo se može dogoditi: 1) u slučaju stacionarnog provodnog kola postavljenog u vremenski promenljivo polje; 2) u slučaju provodnika koji se kreće u magnetskom polju, koje se ne može promeniti tokom vremena. Vrijednost indukovane emf u oba slučaja određena je zakonom (2.1), ali je porijeklo ove emf različito.
Razmotrimo prvo prvi slučaj pojave indukcijske struje. Postavimo kružnu žičanu zavojnicu radijusa r u vremenski promjenjivo jednolično magnetsko polje (slika 2.8). Neka se indukcija magnetskog polja poveća, tada će se magnetski tok kroz površinu ograničenu zavojnicom povećavati s vremenom. Prema zakonu elektromagnetne indukcije, indukovana struja će se pojaviti u zavojnici. Kada se indukcija magnetskog polja mijenja prema linearnom zakonu, struja indukcije će biti konstantna.
Koje sile tjeraju naelektrisanja u zavojnici? Samo magnetsko polje, koje prodire u zavojnicu, to ne može učiniti, jer magnetsko polje djeluje isključivo na pokretne naboje (po tome se razlikuje od električnog), a provodnik sa elektronima u njemu je nepomičan.
Osim magnetnog polja, na naboje, kako pokretne tako i nepokretne, djeluje i električno polje. Ali ona polja o kojima smo do sada govorili (elektrostatička ili stacionarna) stvaraju električni naboji, a inducirana struja se pojavljuje kao rezultat djelovanja promjenjivog magnetskog polja. Stoga možemo pretpostaviti da elektrone u stacionarnom vodiču pokreće električno polje, a to polje direktno generiše promjenjivo magnetsko polje. Ovo uspostavlja novu fundamentalnu osobinu polja: mijenjajući se tokom vremena, magnetsko polje stvara električno polje . Do ovog zaključka je prvi došao J. Maxwell.
Sada se fenomen elektromagnetne indukcije pojavljuje pred nama u novom svjetlu. Glavna stvar u njemu je proces generiranja električnog polja pomoću magnetnog polja. U ovom slučaju, prisutnost provodnog kola, na primjer zavojnice, ne mijenja suštinu procesa. Provodnik sa dovodom slobodnih elektrona (ili drugih čestica) igra ulogu uređaja: omogućava samo detektovanje električnog polja koje se pojavljuje.
Polje pokreće elektrone u provodniku i time se otkriva. Suština fenomena elektromagnetne indukcije u nepokretnom vodiču nije toliko pojava indukcijske struje, već pojava električnog polja koje pokreće električne naboje.
Električno polje koje nastaje kada se magnetsko polje promijeni ima potpuno drugačiju prirodu od elektrostatičkog.
Nije direktno povezan s električnim nabojima, a njegove linije napetosti ne mogu početi i završiti na njima. One uopće ne počinju i ne završavaju nigdje, već su zatvorene linije, slične linijama indukcije magnetskog polja. Ovo je tzv vrtložno električno polje (Sl. 2.9).
Što se brže mijenja magnetna indukcija, to je veća jačina električnog polja. Prema Lenzovom pravilu, s povećanjem magnetske indukcije, smjer vektora intenziteta električnog polja formira lijevi vijak sa smjerom vektora. To znači da kada se vijak s lijevim navojem rotira u smjeru linija jakosti električnog polja, translacijsko kretanje vijka se poklapa sa smjerom vektora magnetske indukcije. Naprotiv, kada se magnetska indukcija smanji, smjer vektora intenziteta formira pravi vijak sa smjerom vektora.
Smjer zateznih linija poklapa se sa smjerom indukcijske struje. Sila koja djeluje iz vrtložnog električnog polja na naboj q (spoljna sila) je i dalje jednaka = q. Ali za razliku od slučaja stacionarnog električnog polja, rad vrtložnog polja u kretanju naboja q duž zatvorene putanje nije nula. Zaista, kada se naboj kreće duž zatvorene linije jakosti električnog polja, rad na svim dijelovima puta ima isti predznak, jer se sila i kretanje poklapaju u smjeru. Rad vrtložnog električnog polja pri kretanju jednog pozitivnog naboja duž zatvorenog nepokretnog vodiča numerički je jednak induciranoj emf u ovom vodiču.
Indukcijske struje u masivnim provodnicima. Indukcijske struje dostižu posebno veliku numeričku vrijednost u masivnim vodičima, zbog činjenice da im je otpor mali.
Takve struje, nazvane Foucaultove struje po francuskom fizičaru koji ih je proučavao, mogu se koristiti za zagrijavanje provodnika. Dizajn indukcijskih peći, kao što su mikrovalne pećnice koje se koriste u svakodnevnom životu, temelji se na ovom principu. Ovaj princip se takođe koristi za topljenje metala. Osim toga, fenomen elektromagnetne indukcije koristi se u metalnim detektorima postavljenim na ulazima u zgrade aerodromskih terminala, pozorišta itd.
Međutim, u mnogim uređajima pojava Foucaultovih struja dovodi do beskorisnih, pa čak i neželjenih gubitaka energije uslijed stvaranja topline. Dakle, željezna jezgra transformatora, elektromotora, generatora itd. nisu čvrsta, već se sastoje od zasebnih ploča izoliranih jedna od druge. Površine ploča moraju biti okomite na smjer vektora jakosti električnog polja vrtloga. Otpor električna struja ploče će biti maksimalne, a stvaranje topline minimalno.
Primjena ferita. Elektronska oprema radi na terenu vrlo visoke frekvencije(milioni vibracija u sekundi). Ovdje više ne daje korištenje jezgri zavojnica iz pojedinačnih ploča željeni efekat, budući da u kalednoj ploči nastaju velike Foucaultove struje.
U § 7 je navedeno da postoje magnetni izolatori - feriti. Tokom preokretanja magnetizacije, vrtložne struje ne nastaju u feritima. Kao rezultat toga, gubici energije zbog stvaranja topline u njima su minimizirani. Zbog toga se od ferita prave jezgre visokofrekventnih transformatora, magnetne antene tranzistora itd. Feritna jezgra se prave od mješavine prahova polaznih tvari. Smjesa se presuje i podvrgava značajnoj termičkoj obradi.
Brzom promjenom magnetskog polja u običnom feromagnetu nastaju indukcijske struje čije magnetsko polje, u skladu s Lenzovim pravilom, sprječava promjenu magnetskog fluksa u jezgri zavojnice. Zbog toga se tok magnetne indukcije praktički ne mijenja i jezgro se ne magnetizira. U feritima su vrtložne struje vrlo male, tako da se mogu brzo ponovno magnetizirati.
Uz potencijalno Kulonovo električno polje postoji i vrtložno električno polje. Linije intenziteta ovog polja su zatvorene. Vrtložno polje nastaje promjenjivim magnetskim poljem.
1. Kakva je priroda vanjskih sila koje uzrokuju pojavu indukovane struje u nepokretnom provodniku!
2. Koja je razlika između vrtložnog električnog polja i elektrostatičkog ili stacionarnog!
3. Šta su Foucaultove struje!
4. Koje su prednosti ferita u odnosu na konvencionalne feromagnete!
Myakishev G. Ya., Physics. 11. razred: vaspitni. za opšte obrazovanje institucije: osnovne i profilne. nivoi / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; uređeno od V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - 17. izd., revidirano. i dodatne - M.: Obrazovanje, 2008. - 399 str.: ilustr.
Biblioteka sa udžbenicima i knjigama za besplatno preuzimanje preko interneta, Fizika i astronomija za 11. razred preuzimanje, školski program iz fizike, planove časova
Sadržaj lekcije beleške sa lekcija podrška okvirnoj prezentaciji lekcija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, obuke, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike, grafike, tabele, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za radoznale jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku, elementi inovacije u lekciji, zamjena zastarjelog znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice diskusioni programi Integrisane lekcijeIz Faradejevog zakona (vidi (123.2)) slijedi da bilo koji promjena fluksa magnetske indukcije povezanog s krugom dovodi do pojave elektromotorne sile indukcije i, kao rezultat, pojavljuje se indukcijska struja. Posljedično, pojava emf. elektromagnetna indukcija je moguća u stacionarnom kolu,
nalazi u naizmjeničnom magnetnom polju. Međutim, e.m.f. u bilo kom kolu se javlja samo kada spoljne sile deluju na nosioce struje u njemu - sile neelektrostatičkog porekla (videti § 97). Stoga se postavlja pitanje o prirodi vanjskih sila u ovom slučaju.
Iskustvo pokazuje da ove vanjske sile nisu povezane ni s toplinskom ni s hemijski procesi u krugu; njihov se nastanak također ne može objasniti Lorentzovim silama, jer one ne djeluju na stacionarna naboja. Maxwell je pretpostavio da svako naizmjenično magnetsko polje pobuđuje električno polje u okolnom prostoru, što je uzrok pojave inducirane struje u kolu. Prema Maxwellovim zamislima, kolo u kojem se pojavljuje emf igra sporednu ulogu, jer je samo neka vrsta “uređaja” koji detektuje ovo polje.
Dakle, prema Maxwellu, magnetsko polje koje se mijenja u vremenu stvara električno polje E B, čija cirkulacija, prema (123.3),
gdje je E B l - projekcija vektora E B na pravac dl.
Zamjenom izraza (vidi (120.2)) u formulu (137.1), dobijamo
Ako su površina i kontura stacionarne, tada se operacije diferencijacije i integracije mogu zamijeniti. dakle,
(137.2)
gdje simbol parcijalnog izvoda naglašava činjenicu da je integral funkcija samo vremena.
Prema (83.3), cirkulacija vektora jačine elektrostatičkog polja (označimo ga E Q) duž bilo koje zatvorene konture je nula:
(137.3)
Upoređujući izraze (137.1) i (137.3), vidimo da postoji fundamentalna razlika između polja koja se razmatra (E B i E Q): cirkulacija vektora E B za razliku od
cirkulacija vektora E Q nije jednaka nuli. Dakle, električno polje E B, pobuđen magnetnim poljem, kao i samo magnetno polje (videti § 118), jeste vortex.
Bias current
Prema Maxwellu, ako bilo koje naizmjenično magnetsko polje pobuđuje vrtložno električno polje u okolnom prostoru, tada bi trebao postojati i suprotan fenomen: svaka promjena električnog polja trebala bi uzrokovati pojavu vrtložnog magnetnog polja u okolnom prostoru. Da bi uspostavio kvantitativne odnose između promjenjivog električnog polja i magnetskog polja koje ono uzrokuje, Maxwell je uveo u razmatranje tzv. .
Razmotrite kolo naizmjenična struja koji sadrži kondenzator (Sl. 196). Između ploča kondenzatora za punjenje i pražnjenje postoji naizmjenično električno polje, stoga, prema Maxwellu, struje prednapona "teče" kroz kondenzator, skrivene u onim područjima gdje nema vodiča.
Pronađimo kvantitativan odnos između promjenjive električne i magnetna polja. Prema Maxwellu, naizmjenično električno polje u kondenzatoru u svakom trenutku vremena stvara takvo magnetsko polje kao da postoji struja provodljivosti između ploča kondenzatora jednaka struji u napojnim žicama. Tada možemo reći da su struje provodljivosti (I) i pomaci (I cm) jednaki: I cm =I.
Struja provodljivosti u blizini ploča kondenzatora
,(138.1)
(površinska gustina naboja s na pločama je jednaka električnom pomaku D u kondenzatoru (vidi (92.1)). Integrand u (138.1) se može smatrati kao poseban slučaj skalarni proizvod kada su i dS uzajamni
paralelno. Dakle, za opšti slučaj možemo napisati
Upoređujući ovaj izraz sa 
(vidi (96.2)), imamo
Maxwell je izraz (138.2) nazvao gustinom struje pomaka.
Razmotrimo smjer vektora provodljivosti i gustine struje pomaka j i j cm Prilikom punjenja kondenzatora (slika 197, c) kroz provodnik koji spaja ploče struja teče od desne ploče prema lijevoj; polje u kondenzatoru je pojačano, dakle, , tj. vektor je usmjeren u istom smjeru kao D . Sa slike se vidi da se pravci vektora i j poklapaju. Kada se kondenzator isprazni (Sl. 197, b) kroz provodnik koji povezuje ploče struja teče s lijeve strane
okrenuti na desno; polje u kondenzatoru je oslabljeno; dakle,<0, т. е.
vektor je usmjeren suprotno vektoru D. Međutim, vektor je opet usmjeren
isto što i vektor j. Iz razmatranih primjera slijedi da se smjer vektora j, dakle, vektora j cm poklapa sa smjerom vektora , kao što slijedi iz formule (138.2).
Ističemo to od svih fizičkih svojstava svojstvenih struji provodljivosti. Maksvel je struji pomeranja pripisao samo jednu stvar - sposobnost stvaranja magnetnog polja u okolnom prostoru. Dakle, struja pomaka (u vakuumu ili supstanci) stvara magnetno polje u okolnom prostoru (indukcijske linije magnetnih polja struja pomaka pri punjenju i pražnjenju kondenzatora prikazane su na slici 197 isprekidanim linijama).
U dielektricima se struja prednapona sastoji od dva mandata. Pošto je, prema (89.2), D= , gdje je E jačina elektrostatičkog polja, a P polarizacija (vidi § 88), zatim gustina struje pomaka
, ( 138.3)
gdje je gustoća struje pomaka u vakuumu, je gustoća polarizacijske struje - struja uzrokovana uređenim kretanjem električnih naboja u dielektriku (pomicanje naboja u nepolarnim molekulima ili rotacija dipola u polarnim molekulima). Pobuđivanje magnetskog polja polarizacijskim strujama je legitimno, budući da se polarizacijske struje po svojoj prirodi ne razlikuju od struja provodljivosti. Međutim, činjenica da drugi dio gustine struje pomaka nije povezan s kretanjem naboja, već zbog samo promjena električnog polja tokom vremena, također pobuđuje magnetno polje, je fundamentalno nova izjava Maxwell. Čak i u vakuumu, svaka promjena vremena električnog polja dovodi do pojave magnetnog polja u okolnom prostoru.
Treba napomenuti da je naziv "struja pomaka" uvjetovan, odnosno povijesno razvijen, budući da je struja pomaka inherentno električno polje koje se mijenja tokom vremena. Struja pomaka stoga postoji ne samo u vakuumu ili dielektricima, već i unutar provodnika kroz koje prolazi naizmjenična struja.
 |
Međutim, u ovom slučaju je zanemariva u poređenju sa strujom provodljivosti. Prisustvo struja pomaka je eksperimentalno potvrdio A. A. Eikhenvald, koji je proučavao magnetsko polje polarizacijske struje, koja je, kako slijedi iz (138.3), dio struje pomaka.
Maxwell je predstavio koncept puna struja, jednak zbiru struja provodljivosti (kao i konvekcijskih struja) i pomaka. Ukupna gustina struje
Upoznavanje pojmova struje pomaka i ukupne struje. Maxwell je preuzeo novi pristup razmatranju zatvorenih kola naizmjenične struje. Ukupna struja u njima je uvijek zatvorena, odnosno na krajevima vodiča se prekida samo struja provodljivosti, a u dielektriku (vakumu) između krajeva vodiča postoji struja pomaka koja zatvara struju provodljivosti.
Maxwell je generalizirao teoremu o cirkulaciji vektora H (vidi (133.10)), uvodeći ukupnu struju u njegovu desnu stranu 
kroz površinu S ,
rastegnuta preko zatvorene konture L .
Tada će generalizirana teorema o kruženju vektora H biti zapisana u obliku
(138.4)
Izraz (138.4) je uvijek istinit, o čemu svjedoči potpuna korespondencija između teorije i iskustva.
Jedno od pitanja koje se često može naći na prostranstvu globalnog interneta je kako se vrtložno električno polje razlikuje od elektrostatičkog. U stvari, razlike su dramatične. U elektrostatici se razmatra interakcija dva (ili više) naelektrisanja i, što je bitno, linije jačine takvih polja nisu zatvorene. Ali vrtložno električno polje pokorava se potpuno drugačijim zakonima. Razmotrimo ovo pitanje detaljnije.
Jedan od najčešćih uređaja s kojim se susreće gotovo svaka osoba je mjerač za mjerenje potrošene električne energije. Ne moderni elektronski modeli, već "stari" koji koriste aluminijski rotirajući disk. On je "prisiljen" da se rotira indukcijom električnog polja. Kao što je poznato, u bilo kojem vodiču velike zapremine i mase (ne žici), u koji prodire promjenjivi magnetski tok, u skladu s njim nastaju elektromotorna sila i električna struja koja se naziva vrtložna struja. Imajte na umu da u ovom slučaju uopće nije važno mijenja li se magnetsko polje ili se sam provodnik kreće u njemu. U skladu sa zakonom elektromagnetne indukcije, u masi vodiča stvaraju se zatvoreni krugovi u obliku vrtloga, kroz koje kruže struje. Njihova orijentacija se može odrediti pomoću Lenzovog pravila. On kaže da je struja usmjerena na takav način da kompenzira bilo kakvu promjenu (i smanjenje i povećanje) inicijskog vanjskog magnetskog fluksa. Kontra disk rotira upravo zbog interakcije vanjskog magnetskog polja i struja koje se stvaraju unutar njega.
Kako je vrtložno električno polje povezano sa svim gore navedenim? U stvari, postoji veza. Sve je stvar uslova. Svaka promjena magnetskog polja stvara vrtložno električno polje. Tada je sve jednostavno: struja se stvara u vodiču i pojavljuje se u krugu. Njegova veličina ovisi o brzini promjene glavnog fluksa: na primjer, što brže provodnik prelazi linije jačine polja, to je struja veća. Posebnost ovog polja je da njegove linije napetosti nemaju ni početak ni kraj. Njegova konfiguracija se ponekad uspoređuje sa solenoidom (cilindar sa namotajima žice na površini). Drugi šematski prikaz koristi vektor za objašnjenje.Oko svake od njih kreiraju se linije koje zaista podsjećaju na vrtloge. Važna karakteristika: posljednji primjer je istinit ako se intenzitet magnetskog fluksa promijeni. Ako "gledate" duž vektora indukcije, tada kako se protok povećava, linije vrtložnog polja rotiraju u smjeru kazaljke na satu.
Svojstvo indukcije se široko koristi u modernoj elektrotehnici: mjernim instrumentima, motorima i akceleratorima elektrona.
- ova vrsta polja je neraskidivo povezana sa nosiocima naboja;
- silu koja djeluje na nosilac naboja stvara polje;
- polje slabi kako se udaljava od nosača;
- karakterizirana linijama sile (ili, što je također tačno, linijama napetosti). Oni su usmjereni, tako da predstavljaju vektorsku veličinu.
Za proučavanje svojstava polja u svakoj proizvoljnoj tački koristi se test (test) naboj. Istovremeno, nastoje da izaberu „sondu“ tako da njeno uvođenje u sistem ne utiče na delujuće sile. Ovo je obično referentna naknada.
Imajte na umu da Lenzovo pravilo omogućava izračunavanje samo elektromotorne sile, ali se vrijednost vektora polja i njegov smjer određuju drugom metodom. Govorimo o Maxwellovom sistemu jednačina.
Generira se naizmjenično magnetno polje indukovano električno polje. Ako je magnetsko polje konstantno, onda neće postojati indukovano električno polje. dakle, indukovano električno polje nije povezano sa naelektrisanjem, kao što je slučaj u slučaju elektrostatičkog polja; njegove linije sile ne počinju i ne završavaju na optužbama, već su zatvorene u sebi, slično linijama magnetnog polja. To znači da indukovano električno polje, kao magnetna, je vrtlog.
Ako se stacionarni vodič stavi u naizmjenično magnetsko polje, tada se u njemu inducira e. d.s. Elektrone pokreće u smjeru kretanja električno polje inducirano naizmjeničnim magnetskim poljem; javlja se indukovana električna struja. U ovom slučaju, provodnik je samo indikator indukovanog električnog polja. Polje pokreće slobodne elektrone u vodiču i time se otkriva. Sada možemo reći da i bez provodnika ovo polje postoji, posjedujući rezervu energije.
Suština fenomena elektromagnetne indukcije nije toliko u pojavi inducirane struje, koliko u pojavi vrtložnog električnog polja.
Ovu fundamentalnu poziciju elektrodinamike postavio je Maxwell kao generalizaciju Faradejevog zakona elektromagnetne indukcije.
Za razliku od elektrostatičkog polja, indukovano električno polje nije potencijalno, jer je rad u induciranom električnom polju pri kretanju jediničnog pozitivnog naboja duž zatvorenog kola jednak e. d.s. indukcija, ne nula.
Smjer vektora intenziteta električnog polja vrtloga je uspostavljen u skladu sa Faradejevim zakonom elektromagnetne indukcije i Lenzovim pravilom. Smjer linija sila vrtloga električnih. polje se poklapa sa smjerom indukcijske struje.
Budući da vrtložno električno polje postoji u odsustvu provodnika, može se koristiti za ubrzanje nabijenih čestica do brzina usporedive sa brzinom svjetlosti. Na korišćenju ovog principa zasniva se rad elektronskih akceleratora - betatrona.
Induktivno električno polje ima potpuno drugačija svojstva u odnosu na elektrostatičko polje.
Razlika između vrtložnog električnog polja i elektrostatičkog
1) Nije povezan sa električnim nabojima;
2) Linije sile ovog polja su uvek zatvorene;
3) Rad koji vrše sile vrtložnog polja za pomicanje naboja duž zatvorene putanje nije jednak nuli.
|
elektrostatičko polje |
indukcijsko električno polje |
| 1. stvoreno stacionarnim električnim. optužbe | 1. uzrokovana promjenama u magnetskom polju |
| 2. linije polja su otvorene - potencijalno polje | 2. linije sile su zatvorene - vrtložno polje |
| 3. Izvori polja su električni. optužbe | 3. izvori polja se ne mogu specificirati |
| 4. rad koji vrše sile polja da pomjere probni naboj duž zatvorene putanje = 0. | 4. rad sila polja za pomicanje probnog naboja po zatvorenoj putanji = indukovana emf |