[科普中国]-涡旋电场

简介

根据法拉第电磁感应定律和麦克斯韦电磁场理论， 当某一固定回路L所围的面积为S 的区域由于磁感应强度B 发生变化引起其磁通量 变化时， 将产生感生电动势 并在磁场区域及其周围空间激发出涡旋电场 ,感生电动势 与涡旋电场 之间的关系为 ，很显然，涡旋 电场 是非保守场即非势场， 也就是

涡旋电场力的本质就是洛仑兹力的一个分力， 涡旋电场线是这个分力线。涡旋电场是个等效电场， 并非真实存在。电磁感应的机制就是洛仑兹力做功，实现电场能与其它形式能量的相互转化。感生电场对自由电荷的作用只是一种等效的猜想， 所以涡旋电场是一个虚拟的电场。变化的磁场周围不存在这个涡旋电场，是附加给变化的磁场的。闭合导体回路中自由电子受涡旋电场力作用，定向移动形成电流；不闭合导体中的自由电子受涡旋电场力作用，向导体两端积聚，使该段导体成为开路的电源。1

涡旋电场与涡旋电流涡旋电流的概念有关文献在对涡旋电流的表述中， 往往都是以变化磁场或交变磁场为前提的。一般地，处在变化磁场中的金属块，垂直磁场方向的任意一个截面都可以看成是由若干个大小不等的闭合金属环构成， 这些闭合金属环就是一个一个的闭合回路。当穿过这些闭合回路中的磁通量随变化磁场发生变化时，每个回路中都会产生涡旋状的感应电流，如图1所示。这种涡旋状的感应电流叫做涡旋电流。2

涡旋电流的本质事实上， 涡旋电流在本质上是由于涡旋电场在闭合回路中产生的感应电流， 至于所谓的“ 涡旋状”只是在金属块构成的特定电流回路中的具体体现。涡旋电流的电流回路有一个重要的特征， 也就是涡旋电流回路中的任一部分都相当于一个电磁感应电源，如图2所示。这是由感生电动势激发出来的涡旋电场所决定的。

由涡旋电场产生的的感应电流就叫做祸旋电流。比如， 感应电能表铝盘中的感应电流和电磁炉中的感应电流都是涡旋电流。在涡旋电流产生的过程中，激发涡旋电厂的变化磁场，包括自身强弱或方向发生变化的电流产生的变化磁场和磁体与电流回路之间发生的非切割磁感线运动引起的变化磁场。2

涡旋电场与静电场产生机理：涡旋电场是由变化的磁场产生的， 它不同于电荷产生的静电场。

电场线特点：静电场的电场线其电场线起于正电荷终止于负电荷是不闭合的；而涡旋电场的电场线没有起点、终点，是闭合的。

电场力做功：静电场中电场力做功和路径无关，只和移动电荷初末位置的电势差有关；涡旋电场中移动电荷时，电场力做功和路径有关，因此不能引用“电势”、“电势能”等概念。

由以上分析可知，对于遇到的关于变化的电磁场的问题，要首先考虑到涡旋电场与静电场的联系和区别，要用联系的观点认识规律，从而作出正确的判断。

补充：变化的电场产生磁场， 变化的磁场产生电场； 均匀变化的电场产生恒定磁场， 均匀变化的磁场产生恒定电场； 周期性变化的电场产生周期性变化的磁场， 周期性变化的磁场产生周期性变化的电场。3