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1、淺析渦旋電場與電流[內(nèi)容摘要]：本文首先引用了渦旋電場和位移電流的概念，然后由渦旋電場與電流的定義、成因比較它與靜電場的異同，進(jìn)而討論渦旋電場中的電勢差，并討論了渦旋電場對激發(fā)它的磁場具有反作用。然后引用了三種物理學(xué)家對對稱分布的渦旋的計算方法。最后簡述了渦旋的應(yīng)用和危害。[關(guān)鍵詞]：麥克斯韋渦旋電場和位移電流的概念；渦旋電場與電勢差；磁場，反作用；計算方法；應(yīng)用和危害[正文]：一、麥克斯韋在穩(wěn)恒場理論的基礎(chǔ)上，提出了渦旋電場和位移電流的概念：1.麥克斯韋提出的渦旋電場的概念：揭示出變化的磁場可以在空間激發(fā)電場，并通過法拉第電磁感應(yīng)定律得出了二者的關(guān)系，
2、即任何隨時間而變化的磁場，都是和渦旋電場聯(lián)系在一起的。2.麥克斯韋提出的位移電流的概：揭示出變化的電場可以在空間激發(fā)磁場，并通過全電流概念的引入，得到了一般形式下的安培環(huán)路定理在真空或介質(zhì)中的表示形式，即：任何隨時間而變化的電場，都是和磁場聯(lián)系在一起的。綜合上述兩點可知，變化的電場和變化的磁場彼此不是孤立的，它們永遠(yuǎn)密切地聯(lián)系在一起，相互激發(fā)，組成一個統(tǒng)一的電磁場的整體。這就是麥克斯韋電磁場理論的基本概念。在麥克斯韋電磁場理論中，自由電荷可激發(fā)電場，變化磁場也可激發(fā)電場；同樣地，穩(wěn)恒電流可激發(fā)磁場，變化電場也可激發(fā)磁場。在一般情況下，電磁場的基本規(guī)律中，
3、應(yīng)該既包含穩(wěn)恒電、磁場的規(guī)律，也包含變化電磁場的規(guī)律。根據(jù)麥克斯韋提出的渦旋電場和位移電流的概念，變化的磁場可以在空間激發(fā)變化的渦旋電場，而變化的電場也可以在空間激發(fā)變化的渦旋磁場。因此，電磁場可以在沒有自由電荷和傳導(dǎo)電流的空間單獨存在。二、渦旋電場與電勢差、電流：1、渦旋電流與電勢差：由一中對渦旋電場和位移電流的概念的描述容易得出一個簡單概念：靜電場由電場線描述，電場線起始于正電荷或無窮遠(yuǎn)處，終止于負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)處，沿電場線方向電勢降低。但在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生了環(huán)形電場，那么，電場線將會閉合，電勢也會產(chǎn)生減小一周后恢復(fù)原值的矛盾。這些都說明此環(huán)形電場
4、并不是靜電場，它是另一種電場——渦旋電場。渦旋電場產(chǎn)生于變化的磁場。如果場中存在導(dǎo)體，則產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。若導(dǎo)體閉合，則會產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體中自由電荷因受力發(fā)生定向移動。因為導(dǎo)體并未移動，所以此力不可能是洛侖茲力，又因為電流是環(huán)形的，所以此力也不是靜電力，則這個力應(yīng)該是磁場激發(fā)的非靜電力。因為渦旋電場EW的電力線是閉合的，由高斯定理：說明渦旋電場是無源的。再由環(huán)路積分：說明渦旋電場的線積分是與路徑有關(guān)的，即渦旋電場是非保守場。既然它是非保守場，則電場中的電勢也就失去了意義，但是仍可沿導(dǎo)體表面的路徑由線積分計算電勢差。這就解釋了引言中的兩個矛盾。2、將渦旋電
5、場與靜電場對比：相同點：（1）它們都對放入其中的電荷有電場力的作用。（2）它們的電場強度都遵守同樣的定義式不同點：（1）靜電場由靜電荷產(chǎn)生，而渦旋電場是交變磁場產(chǎn)生的。（2）靜電場的電場線是不閉合的，而渦旋電場的電場線是閉合的。（3）靜電場中的電勢差與積分路徑無關(guān)，而渦旋電場中的電勢差是依賴于積分路徑的。三、下面是物理學(xué)家總結(jié)的3種對稱渦旋電流的計算：1.對于無限長直螺線管，假設(shè)其內(nèi)的磁場均勻分布，由環(huán)路定理：由磁場均勻分布的條件,若磁場變化激發(fā)的渦旋電場對磁場無反作用，則磁場保持均勻分布，上式成立的條件才得以保證。也就是說，當(dāng)磁場呈線性變化時，渦旋電場
6、為常值，滿足磁場均勻分布條件，可以由安培環(huán)路定理直接計算渦旋電場；若磁場非均勻變化，例如交變磁場，則均勻分布條件被破壞，渦旋電場會反作用于磁場，這時就不能簡單的應(yīng)用環(huán)路定理來計算，要用麥克斯韋方程組來求解。關(guān)于交變磁場，這里略去證明而直接給出結(jié)論：長直螺線管中的交變磁場是非均勻的，它僅受角頻率的影響，還與磁場中是否有導(dǎo)體有關(guān)。在無導(dǎo)體時，角頻率的影響使中心部分場大于邊緣部分；而存在導(dǎo)體時的情況與此相反，角頻率的影響使中心部分的磁場小于邊部分。通過以上對渦旋電場的討論，對其電勢差以及分布的計算，主要說明出渦旋電場與靜場不同，千萬不要將二者混淆而產(chǎn)生類似引言
7、中的矛盾，同時也從側(cè)面告訴我們看待客觀物世界一定要全面，不能以偏概全。2.載流反向的兩塊無限大薄平板的時變磁場與其渦旋電場3.長直同軸電纜的時變磁場與渦旋電場這三種對稱渦旋磁場的計算可以讓我們對渦旋磁場有更深的理解。四、渦流的應(yīng)用和危害防止：1.在感應(yīng)加熱裝置中，利用渦流可對金屬工件進(jìn)行熱處理，用來冶煉難熔金屬。在真空中利用這種加熱金屬可以清除被吸附的氣體。2.電動機(jī)，變壓器的線圈都繞在鐵心上。線圈中流過變化的電流，在鐵心中產(chǎn)生的渦流使鐵心發(fā)熱，浪費了能量，還可能損壞電器。因此，我們要想辦法減小渦流。途徑之一是增大鐵心材料的電阻率，常用的鐵心材料是硅鋼。
8、參考文獻(xiàn)：[1]張三慧,《大學(xué)物理學(xué)》：清華大學(xué)出版社；2009-6[2]毛俊健
