Розділ 5. Система рівнянь Максвела

§ 8. Електромагнітне поле

8.1. Вихрове електричне поле

Джерелами електричного поля можуть бути або електричні заря­ди, або змінні в часі магнітні поля. У першому випадку поле елект­ричних зарядів описується узагальненим законом Кулона . Це поле є потенціальним, й інтеграл по довільному замкненому контуру L дорівнює нулеві . Силові лінії електричних полів є незамкненими: вони виходять з позитивних зарядів і входять у негативні або простягаються в нескінченність. З цієї при­чини електростатичне поле не може забезпечити неперервний рух електричних зарядів уздовж замкнених провідників, тобто створити електричний струм. Щоб виник й існував тривалий час електричний струм у замкненому електричному колі, потрібна наявність сторон­ніх сил. Тоді . Електричне поле напруженістю Е, яке при цьому виникає в провіднику і зумовлює постійне напрямлене пе­реміщення електричних зарядів уздовж замкненого електричного ко­ла, докорінно відрізняється від електростатичного поля. Лінії напру­женості Е цього поля є замкненими вздовж провідного контуру, тому циркуляція вектора Е не дорівнює нулеві . Такі поля називають вихровими.

Електричні поля, які збуджуються змінними в часі магнітними полями, також є вихровими і для них циркуляція вектора напруже­ності Е по довільному замкненому контуру і не дорівнює нулеві, як в електростатичних полях, а дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, який пронизує довільну поверхню, що спирається на контур інтегрування,

Такі вихрові електричні поля зумовлюють неперервний рух елек­тричних зарядів уздовж замкнених провідників, вміщених у це поле, тобто можуть спричинювати виникнення індукційних струмів, що вперше і спостерігалося в дослідах Фарадея.

За уявленнями Дж. Максвела, всяке змінне в часі магнітне поле збуджує в оточуючому просторі вихрове електричне поле. Існує істотна відмінність тлумачення електромагнітної індукції М. Фара­деєм і Дж. Максвелом. Якщо М. Фарадей уявляв електромагнітну індукцію як збудження електричного струму в замкненому провідни­ку під дією змінного магнітного поля, то, на думку Дж. Максвела, суть явища електромагнітної індукції зводиться до виникнення вих­рового електричного поля скрізь, де є змінне магнітне поле, і, отже, для прояву явища електромагнітної індукції наявність провідників є не обов'язковою. Виникнення індукційного струму в замкненому провідному контурі — це лише один із проявів виникнення вихрово­го електричного поля під дією змінного в часі магнітного поля. Вих­рове поле напруженістю Е може спричинювати й інші дії, напри­клад, поляризувати діелектрик, викликати пробій діелектрика між обкладками конденсатора, прискорювати або гальмувати заряджені частинки тощо. Вихрове електричне поле, що виникає при зміні магнітного поля, може збуджувати електричний струм у незамкненому електричному колі, наприклад у колі з повітряним плоским конден­сатором.

Отже, вихрове електричне поле виникає скрізь, де є змінне магнітне поле, силові лінії його є замкненими і воно здатне індукува­ти електричні струми. Закон електромагнітної індукції в узагальне­ному Дж. Максвелом вигляді записується так: . Та­кий запис закону свідчить про те, що скрізь, де є змінне магнітне по­ле , виникає вихрове електричне поле.