Природа вихревого электрического поля

Объектом изучения электростатики является поле, силовые линии которого начинаются и заканчиваются на неподвижных зарядах. Линии такого поля не могут представлять собой замкнутые кривые, не проходящие ни через один заряд данное поле создающий. В период, когда физика изучала в основном электростатические явления, представить себе поле с иной топологией силовых линий и эквипотенциальных поверхностей было невозможно.  Только с началом исследований в области электродинамики выяснилось, что в природе могут существовать и поля иного типа – так называемые вихревые. Вихревое электрическое поле – это такое поле, силовые линии которого являются замкнутыми кривыми.  Пример такого поля:

Вихревое электрическое поле

Как видим, проекции векторов напряженности на стороны обведенного квадратного контура все направлены по часовой стрелки, А это значит, что интеграл от поля по данному контуру не нулевой.  Не нужно думать, что с подобным явлением мы сталкиваемся лишь в физике электричества.  В гидродинамике и аэродинамике с этим явлением сталкиваются на каждом шагу. Поля направлений скорости текущей жидкости или воздушных потоков очень часто имеют завихрения.  Представьте себе поле скоростей воды вытекающей из ванной – оно имеет именно такой характер.  Вихревые электрические поля имеют следующие особенности:

  • Они не связаны с неким статически распределенным электрическим зарядом, а представляют собой совершенно самостоятельный физический объект. Осмысление этого факта явилось громадным шагом вперед в понимании природы электромагнитного поля.
  • Вихревое электрическое поле не существует отдельно от переменного магнитного поля. Оно индуцируется этим переменным магнитным полем и наоборот.
  • Криволинейный интеграл от вектора напряженности такого поля по замкнутому циклу в общем случае отличен от нуля. Это существенно отличает вихревое поле от электростатического (и вообще любого потенциального поля), криволинейный интеграл от которого по замкнутому циклу всегда равен нулю.
  • Вихревое электрическое поле есть везде, где существуют ускоренно движущиеся заряды. Именно таким движением оно и порождается.

На иллюстрации ниже показана картина электрических вихрей и взаимосвязь их с магнитными полями:

Вихревое электрическое поле

С целью более полного описания данных явлений, был разработан специальный математический аппарат – теория векторного поля.

Практические применения вихрей электричества

Их мы встречаем повсюду. Любое электромеханическое устройство построено на принципе генерации и эксплуатации вихревых токов. Вот простейший генератор тока, схема которого помещается буквально в каждом учебнике физики:

Вихревое электрическое поле

Если рамку начать вращать, то через нее потечет ток.