涡旋电场（对带电粒子施以力作用的电场）

简介

实验表明，磁场变化时线圈产生的感应电动势与导体的种类、形状、性质和构成均无关，是由磁场本身的变化引起的。因此麦克斯韦提出了“变化的磁场会在其周围的空间激发一种电场，正是这种电场使得闭合回路中产生了感应电动势和感生电流”的理论，并将这种电场称为涡旋电场。

产生原理

宇宙天体的基本运动形式是放置地运动，无论是行星围绕恒星运动还是恒星围绕星系中心运动，也还是星云的运动，无不是旋转运动。研究认为，宇宙的旋转运动，是由宇宙涡旋电场加速带有荷电粒子的天体导致的。对此，物理学的研究结果对宇宙电场是怎样演变为涡旋电场给出答案-----这可能与电场与磁场的相互作用有关。我们知道，电场与磁场是同一事物的不同表现形式，运动的电场产生磁场，变化的磁场又产生电场，电场与磁场形成统一的电磁场。

而且，沿电场方向运动的带电粒子，在电场中不是受电场力吸引，便是受电场推斥，总是顺着电场力的作用方向运动的。但是，当带电粒子在磁场中沿磁力线方向运动时，却不会受任何力的作用。然而，当带电粒子垂直于磁力线运动时就会受到一个改变它原来运动方向的力，叫做洛沦兹力。例如，磁力线垂直穿书面，当带电粒子在书面的平面上运动时，所受到的洛伦兹力也在书面的平面上，并且总是垂直于带电粒子的运动方向。

在垂直于磁场的洛伦兹力作用下，带电粒子运动的方向在局面上不停的改变，最后沿着一个圆弧轨道运动。但这个力并不改变带电粒子原有的速度大小（方向会改变）或能量。一定速度的带电粒子，在均匀磁力场中走过的轨迹，是半径为一定的圆周。就是说，是垂直于带电粒子运动轨道平面的（磁场）磁力线产生的洛伦兹力使带电粒子作圆周运动。大量带电粒子的圆周运动就形成旋转电场。

观测表明

观测表明，太阳黑子实际是一种磁场很强的旋涡，可能正是磁场中的洛伦兹力，导致了这种磁性旋涡的产生。

按照这个原理，如果太阳磁场逐渐增强，太阳系就会逐渐紧缩，相反，如果太阳磁场逐渐减弱，太阳系就会逐渐膨胀。同理，地球磁场如果逐渐减弱，月球也就会远离地球而去（观测资料表明，温度对磁场的强弱存在制约关系，即存在“热退磁效应”，温度升高则磁场减弱，磁性物质被加热就会退磁，磁铁烧红了就不再吸铁。金星表面温度达480℃，因而金星磁场极弱。

理论介绍

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。

涡旋电流

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。 

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涡旋电流。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。

与静电场区别

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。

涡旋电场