有旋電場
vortexelectricfield
變化磁場在其周圍激發的電場。又稱渦旋電場或感應電場。有旋電場是J.C.麥克斯韋為解釋感生電動勢而提出的概念,它深刻地揭示了電場和磁場的相互聯繫、相互依存。
有旋電場和靜電場是兩種不同的電場。它們的共同點是都能對其中的電荷有作用力,靜電場對電荷的作用力叫做靜 電力或庫侖力,有旋電場對電荷的作用力則是一種非靜電力。它們的區別是產生原因不同,性質不同。靜電場是靜止電荷產生的,有旋電場是變化磁場產生的。靜電場的高斯定理和環路定理(見安培環路定理)表明,靜電場是有源無旋場,正、負電荷就是它的源頭和尾閭,它的電力線不閉合,可以引入電勢(標量)來描述靜電場。有旋電場是無源有旋場,不存在源頭和尾閭,它的電力線是閉合的,無法引入相應的標量勢函式。有旋電場是一種左旋場,即磁場增加的方向與由此產生的有旋電場的方向構成左手螺旋關係。作為對比,電流產生的磁場也是有旋場,但電流的方向和它所產生的磁場的方向或右手螺旋關係,所以是右旋場。
總的電場是靜電場和有旋電場之和,它是既有源又有旋的矢量場。總電場的高斯定理和環路定理是麥克斯韋方程組的重要組成部分。
太陽渦旋電場
宇宙天體的基本運動形式是放置地運動,無論是行星圍繞恆星運動還是恆星圍繞星系中心運動,也還是星雲的運動,無不是旋轉運動。研究認為,宇宙的旋轉運動,是由宇宙渦旋電場加速帶有荷電粒子的天體導致的。那么,宇宙電場是怎樣演變為渦旋電場的呢?對此,物理學的研究結果已給出了明晰的答案-----這可能與電場與磁場的相互作用有關。我們知道,電場與磁場是同一事物的不同表現形式,運動的電場產生磁場,運動的磁場又產生電場,電場與磁場形成統一的電磁場。
沿電場方向運動的帶電粒子,在電場中不是受電場力吸引,便是受電場推斥,總是順著電場力的作用方向運動的。但是,當帶電粒子在磁場中沿磁力線方向運動時,卻不會受任何力的作用。然而,當帶電粒子垂直於磁力線運動時就會受到一個改變它原來運動方向的力,叫做洛淪茲力。例如,磁力線垂直穿書面,當帶電粒子在書面的平面上運動時,所受到的洛倫茲力也在書面的平面上,並且總是垂直於帶電粒子的運動方向。
在垂直於磁場的洛倫茲力作用下,帶電粒子運動的方向在局面上不停的改變,最後沿著一個圓弧軌道運動。但這個力並不改變帶電粒子原有的速度或能量。一定速度的帶電粒子,在均勻磁力場中走過的軌跡,是半徑為一定的圓周。就是說,是垂直於帶電粒子運動軌道平面的(磁場)磁力線產生的洛倫茲力使帶電粒子作圓周運動。大量帶電粒子的圓周運動就形成旋轉電場。
實驗表明
而且實驗表明,(帶電粒子)這個圓周軌道的半徑(r)可以用下面公式表示:
r=cmv/eh(1)
這裡,m是帶電粒子的質量,v是帶電粒子的速度,e是帶電粒子所帶的電量,h是磁場強度,c是光速。
從式(1)看到:帶電粒子在磁場走過的圓軌道半徑跟它的質量和速度成正比,跟磁場強度和所帶電荷成反比。就是說:在一定的磁場中,帶同樣電荷的粒子,質量大、速度高則轉的圓圈就大,質量、電荷和速度一定的粒子,磁場強則轉的圈說小,磁場弱轉的圈就大。
因此,當帶電粒子處在一個逐漸增強的磁場中作圓周運動時,就會產生向心運動-----磁場愈強,帶電粒子轉的圈愈小,即向中心緊縮,從而形成一個中心存在較強電場,周圍出現逐漸張開的旋臂的渦旋電場。這可能就是宇宙、自然界中的渦旋電場----渦旋星系、存在渦旋運動的地震、龍捲風、颱風、海水旋渦等等產生的原因。