Номер 2, страница 79 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

2. Чем отличается вихревое электрическое поле от:

а) магнитного;

б) электростатического?

а) Вихревое электрическое поле и магнитное поле являются компонентами единого электромагнитного поля, но имеют ряд фундаментальных отличий.

1. По действию на заряды: Вихревое электрическое поле, как и любое электрическое поле, действует на любые электрические заряды, как покоящиеся, так и движущиеся. Сила, действующая на заряд $q$, равна $\vec{F} = q\vec{E}$. Магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Сила Лоренца, действующая со стороны магнитного поля, равна $\vec{F} = q(\vec{v} \times \vec{B})$ и равна нулю, если заряд покоится ($\vec{v} = 0$).

2. По характеру силы: Сила, действующая со стороны электрического поля, направлена вдоль или против вектора напряженности $\vec{E}$ (в зависимости от знака заряда). Сила, действующая со стороны магнитного поля, всегда перпендикулярна как вектору скорости заряда $\vec{v}$, так и вектору магнитной индукции $\vec{B}$.

3. По работе сил поля: Вихревое электрическое поле может совершать работу над зарядом, изменяя его кинетическую энергию. Работа этого поля при перемещении заряда по замкнутому контуру в общем случае не равна нулю ($\oint_L \vec{E} \cdot d\vec{l} \neq 0$). Магнитное поле работы над зарядами не совершает, так как магнитная сила всегда перпендикулярна скорости, а значит и перемещению. Оно лишь изменяет направление движения заряда, не меняя его энергию.

4. По источникам поля: Вихревое электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем (закон электромагнитной индукции Фарадея: $\nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}$). Магнитное поле порождается движущимися зарядами (электрическими токами) и изменяющимися во времени электрическими полями (закон Ампера-Максвелла: $\nabla \times \vec{B} = \mu_0 \vec{J} + \mu_0 \epsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t}$).

Ответ: Основные отличия: вихревое электрическое поле действует на все заряды и может совершать работу, а магнитное — только на движущиеся и работу не совершает. Их источники также различны: вихревое поле порождается переменным магнитным полем, а магнитное — токами и переменным электрическим полем.

б) Вихревое электрическое поле и электростатическое поле — это два вида электрического поля с принципиально разными свойствами.

1. По источникам поля: Главное отличие заключается в их источниках. Электростатическое поле создается неподвижными электрическими зарядами. Вихревое электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем.

2. По характеру поля (потенциальность): Электростатическое поле является потенциальным (консервативным). Это означает, что его циркуляция по любому замкнутому контуру равна нулю: $\oint_L \vec{E}_{\text{стат}} \cdot d\vec{l} = 0$. Для такого поля можно ввести понятие электростатического потенциала $\phi$, и напряженность связана с ним соотношением $\vec{E}_{\text{стат}} = -\nabla \phi$. Вихревое электрическое поле не является потенциальным (оно неконсервативное). Его циркуляция по замкнутому контуру не равна нулю и определяется скоростью изменения магнитного потока через этот контур: $\oint_L \vec{E}_{\text{вихр}} \cdot d\vec{l} = -\frac{d\Phi_B}{dt} \neq 0$. Для вихревого поля нельзя ввести понятие потенциала в том же смысле, что и для электростатического.

3. По структуре силовых линий: Силовые линии электростатического поля всегда разомкнуты: они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных (или уходят в бесконечность). Силовые линии вихревого электрического поля всегда замкнуты, они не имеют ни начала, ни конца, подобно линиям индукции магнитного поля.

Ответ: Вихревое электрическое поле, в отличие от электростатического, порождается не зарядами, а переменным магнитным полем, является неконсервативным (его работа по замкнутому контуру не равна нулю), и его силовые линии замкнуты. Электростатическое поле порождается зарядами, является консервативным (потенциальным), и его силовые линии разомкнуты.