2.Індукційне електричне поле

У попередньому параграфі розглянуто приклад, коли ЕРС індукції виникає в провіднику, що рухається в магнітному полі, індукція якого залишається сталою (поле однорідне). Проте можливий випадок, коли в системі відліку, в якій виявляється магнітне поле, провідник залишається нерухомим, а змінюється магнітна індукція.

Нерухомий провідник у змінному магнітному полі.

Закріпимо провідник у штативі, а його вільні кінці приєднаємо до гальванометра. Стрілка гальванометра не відхиляється, що засвідчує відсутність струму в провіднику. Розмістимо електромагніт так, щоб провідник опинився між його полюсами. Жодних змін у показах гальванометра також не спостерігається. Увімкнемо електромагніт в електричне коло, що складається з джерела струму, реостата і амперметра. У момент замикання кола живлення стрілка гальванометра спочатку відхилиться на певну кількість поділок і відразу ж повернеться на нульову поділку. Подібне спостерігається і під час переміщення повзунка реостата, коли змінюється сила струму в обмотці електромагніта. Пояснити це явище дією сили Лоренца тут неможливо, оскільки швидкість провідника в даній системі відліку дорівнює нулю. Проте сам факт існування електричного струму засвідчує, що на електрично заряджені частинки в провіднику діє електричне поле. Існування такого поля підтверджується дослідами, а його походження пояснює теорія Максвелла. За цією теорією, в системі відліку, в якій спостерігається змінне магнітне поле, виявляється електричне поле. На відміну від електростатичного поля воно має деякі специфічні властивості. Оскільки воно діє на нерухомі електрично заряджені частинки, то назване електричним. Однак, це поле виконує роботу з переміщення заряджених частинок замкнутим контуром, тому воно не потенціальне. Його лінії напруженості замкнуті, тому його називають вихровим. Лінії напруженості індукованого електричного поля охоплюють лінії індукції змінного магнітного поля і становлять з ними єдину систему. Напрямок ліній напруженості індукованого електричного поля можна визначити за правилом лівого гвинта (мал. 1.10).

Отже, в нерухомому замкнутому провіднику, який знаходиться в змінному магнітному полі, виникає ЕРС індукції. Електромагнітна індукція спостерігається і тоді, коли провідник буде нерухомим у системі відліку, в якій виявляється змінне магнітне поле. Якщо напрямок поступального руху лівого гвинта збігається з напрямком зростання магнітної індукції поля, то його обертальний рух вказує напрямок ліній напруженості вихрового електричного поля . Реальність існування індукційного електричного поля підтверджено дослідами і дією багатьох технічних приладів і пристроїв. Одним із таких пристроїв є прискорювач електронів — бетатрон. Основною його частиною (мал. 1.11) є тороїдальна герметична камера 1, з якої викачане повітря. Камера розміщена між полюсами потужного електромагніта 2. За допомогою спеціального пристрою в камеру впускають пучок вільних електронів, одержаних за допомогою термоелектронної емісії. Одночасно із впусканням електронів вмикають коло живлення електромагніта. Струм у його обмотках зростає поступово, досягаючи свого максимального значення за деякий, досить короткий час. Унаслідок цього зростають індукція магнітного поля та швидкість електронів у вакуумній камері. Це і є підтвердженням того, що зі зростанням індукції магнітного поля на електрони діє електричне поле, вектор напруженості якого перпендикулярний до вектора магнітної індукції електромагніта.