Expériences qui montrent le phénomène des lignes de champ électrique fermées

Julia

Expériences qui montrent le phénomène des lignes de champ électrique fermées


Dans les textes d’introduction à la physique allemande, souvent, l’expérience suivante est citée, qui « montre » qu’un champ magnétique changeant peut induire un champ électrique avec des lignes de champ fermées. Voici une photo de l’installation:

Une tension alternative haute fréquence est appliquée à une bobine autour d’une sphère en verre remplie d’un gaz. Ensuite, un effekt d’éclairage circulaire se produit comme indiqué sur l’image.

J’ai quelques questions à ce sujet:

  1. Comment s’appelle cette expérience en anglais? Avez-vous des références de manuels ou d’articles qui en discutent en détail?
  2. Pourquoi est-il raisonnable de dire que cette expérience « montre » qu’il « doit » y avoir un champ électrique circulaire? Laissons de côté l’épistomologie générale, je pense que la théorie approximative à ce sujet est que les électrons se tortillent d’avant en arrière en raison du champ électrique induit changeant. Puisque le champ magnétique change de signe, la force lorentz moyenne due au champ magnétique est nulle, donc la force lorentz n’a pas d’importance ici. Mais si vous ne savez pas que les lignes de champ sont circulaires, en particulier que les vecteurs de champ sont tangents au cercle, comment cela peut-il ressortir de l’expérience? Par exemple, il pourrait être envisageable, que le champ change de radialement vers l’extérieur à radialement vers l’extérieur et que nous obtenions un tremblement radial des charges qui produisent l’éclairage!? Que peut-on raisonnablement « conclure »?de cette expérience sur la nature du champ électrique induit et pourquoi?
  3. Comment décrire mathématiquement cette expérience en détail?
  4. Y a-t-il d’autres expériences, peut-être meilleures ou plus claires, qui démontrent l’existence de lignes de champ électrique fermées produites par induction?

Réponses


 Anonymous

Un: honnêtement, je ne sais pas. J’avais déjà du mal à trouver cette expérience en allemand – bien que l’allemand soit ma langue maternelle. ^^ J’ai finalement réussi avec Ringentladung , que j’ai essayé de traduire en anglais mais la seule chose que j’ai pu trouver est la suivante . Peut-être qu’un locuteur natif peut vous aider ici?

Deux: La décharge électrique – qui fait briller le gaz dans la sphère – est causée par le tremblement des charges dans le champ électrique variable. Pendant qu’ils tremblent d’avant en arrière, ils transfèrent de l’énergie à d’autres atomes de gaz à proximité, qui à leur tour émettent leur énergie sous forme de rayonnement. Je pense que votre question est la suivante: comment puis-je savoir dans quelle direction ils tremblent? Il est vrai que d’après l’image seule (et de ne pas connaître les équations de Maxwell), je ne peux pas dire si les charges tremblent radialement vers l’extérieur et vers l’intérieur ou le long d’une boucle fermée . Il se pourrait que, d’une manière ou d’une autre, les secousses radiales vers l’intérieur et vers l’extérieur soient proportionnelles au flux magnétique, qui est maximal au bord – c’est pourquoi l’anneau brillant est le plus brillant là-bas.

Maintenant, quand vous revenez à l’expérience, le gaz dans la chambre est initialement neutre; c’est pourquoi rien ne brille au début de cette vidéo . Lorsque vous chargez la tige et que vous la rapprochez de la sphère, vous séparez certaines charges: vous avez maintenant des charges gratuites qui initialisent ensuite le processus de « secouer d’avant en arrière ».

Que se passerait-il alors si les secousses étaient radiales?

À mon avis , ceci: disons que vous maintenez la tige au pôle nord de la sphère et disons que seulement près de la tige des charges libres sont créées. Ensuite, vous devriez avoir une lumière brillante près du pôle nord (et seulement près du pôle nord) car les charges tremblent d’avant en arrière – et non de côté.

Ce n’est que si vous tenez compte du mouvement latéral que vous pouvez expliquer pourquoi il y a un cercle complet, même si vous venez de créer des charges gratuites à un endroit: d’abord vous avez quelques charges, elles tremblent vers la droite, frappent d’autres électrons des molécules, vous avez donc plus d’électrons. Cette même procédure maintenant dans l’autre sens, etc., en cascade, jusqu’à ce que tout le cercle soit terminé.

Mais je ne suis pas tout à fait sûr ici.

Trois: Une façon est la suivante:

Vous commencez avec l’une des équations de Maxwell et vous intégrez sur la zone (

UNE

):

UNE ×E=UNEBt.

Maintenant, le premier terme peut être converti en une intégrale de ligne, en utilisant le théorème de Stokes , tandis que le second correspond à la variation du flux magnétique induit par le courant alternatif dans les bobines. Pour plus de simplicité, prenez le champ magnétique produit par les bobines comme

B0sjen(ωt)

, alors l’équation se lit comme suit:

E r=UNEtB0 sjen(ωt)=UNE B0 cos(ωt)ω.

Maintenant, résolvons les intégrales. L’intégrale de ligne couvre un cercle concentrique et dans le même plan que les bobines tandis que l’intégrale de surface couvre la surface du même cercle:

E 2πr=πr2B0cos(ωt)ω.

À la fin, vous avez

Er,

c’est pourquoi le gaz brillant est le plus brillant au bord de la sphère: le champ électrique induit augmente linéairement avec la distance du centre.

Quatre: Hm, pas que je puisse penser. Vous voulez peut-être regarder les courants de Foucault , qui sont également générés par induction et qui sont également des boucles fermées de lignes de champ électrique. Ou peut-être jetez un œil à cela .


 KidElephant

Voici un exemple de la loi de Faraday, l’une des équations de Maxwell:

×E=Bt

Ce qui relie la boucle d’un champ électrique à la dérivée temporelle d’un champ magnétique.

Si vous considérez un champ électrique statique, vous pouvez décrire l’ensemble du système avec uniquement la loi de Gauss:

E=ρϵ0

et

F=qE

pour une particule ponctuelle dans ce domaine. Ceci est très similaire à la loi de gravitation de Gauss, ce qui a beaucoup de sens. La théorie du potentiel nous dit que la force est simplement la dérivée spatiale du potentiel d’un champ conservateur. Alors, que se passe-t-il lorsque nous permettons au système d’évoluer ou de passer à un autre cadre inertiel? Soudain, le

E

les lignes deviennent asymétriques et le champ n’est plus conservateur; il a maintenant une boucle! Cela donne naissance à la force correctrice appelée magnétisme que nous connaissons et aimons.

L’effet inverse est également vrai: si vous soumettez un champ électrique à un champ magnétique changeant, une boucle sera induite dans le champ électrique. Cela se manifeste dans le mouvement de rotation des élections libres dans le gaz dans votre expérience.

Julia

Merci pour votre essai, mais ce sont des choses générales qui sont assez claires et ne se rapportent pas vraiment à mes questions.

 

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