Номер 3, страница 42, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 72. Электромагнитное поле. Вопросы и задания - номер 3, страница 42.

Условие.

3. Возможно ли опытное обнаружение вихревого электрического поля? Приведите примеры.

Решение.

Решение

Да, опытное обнаружение вихревого электрического поля возможно. Более того, оно лежит в основе многих фундаментальных физических явлений и технических устройств. Вихревое электрическое поле, в отличие от потенциального (электростатического) поля, создаваемого неподвижными зарядами, порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Это явление описывается законом электромагнитной индукции Фарадея.

Математически это выражается так: циркуляция вектора напряженности электрического поля $ \vec{E} $ по любому замкнутому контуру $ L $ не равна нулю, а равна скорости изменения магнитного потока $ \Phi_B $ через поверхность, ограниченную этим контуром, взятой с обратным знаком:

$ \mathcal{E}_{ind} = \oint_L \vec{E} \cdot d\vec{l} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $

Величина $ \mathcal{E}_{ind} $ — это электродвижущая сила (ЭДС) индукции. Именно эта ЭДС, создаваемая вихревым электрическим полем, приводит в движение свободные заряды в замкнутом проводящем контуре, то есть создает индукционный ток. Наблюдение этого тока и является прямым опытным подтверждением существования вихревого электрического поля.

Примеры:

1. Явление электромагнитной индукции. Простейший опыт — это внесение (или вынесение) постоянного магнита в соленоид (катушку с проводом), замкнутый на гальванометр. При движении магнита стрелка гальванометра отклоняется, что свидетельствует о появлении в цепи электрического тока. Этот ток создается вихревым электрическим полем, которое возникает из-за изменения магнитного потока через витки катушки.

2. Трансформатор. Работа трансформатора полностью основана на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток в первичной обмотке создает в сердечнике переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, индуцирует ЭДС и ток во вторичной обмотке.

3. Бетатрон. Это циклический ускоритель электронов, в котором частицы ускоряются именно вихревым электрическим полем. Это поле создается за счет быстрого изменения магнитного потока, пронизывающего орбиту, по которой движутся электроны, и совершает работу по их разгону.

4. Вихревые токи (токи Фуко). Если массивный проводник поместить в переменное магнитное поле, в его объеме возникают замкнутые индукционные токи. Их существование обусловлено вихревым электрическим полем, индуцированным внутри проводника. Проявление вихревых токов можно наблюдать по нагреву проводника (используется в индукционных печах и плитах) или по возникновению тормозящей силы (используется в магнитных тормозах поездов).

Ответ: Да, опытное обнаружение вихревого электрического поля возможно. Оно проявляется в виде индукционного тока в замкнутых проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Примерами служат явление электромагнитной индукции, работа трансформаторов, бетатронов, а также возникновение вихревых токов (токов Фуко).