渦旋電場

實驗表明，磁場變化時線圈產生的感應電動勢與導體的種類、形狀、性質和構成均無關，是由磁場本身的變化引起的。因此麥克斯韋提出了“變化的磁場會在其周圍的空間激發一種電場，正是這種電場使得閉合迴路中產生了感應電動勢和感生電流”的理論，並將這種電場稱為渦旋電場。

宇宙天體的基本運動形式是放置地運動，無論是行星圍繞恆星運動還是恆星圍繞星系中心運動，也還是星雲的運動，無不是旋轉運動。研究認為，宇宙的旋轉運動，是由宇宙渦旋電場加速帶有荷電粒子的天體導致的。對此，物理學的研究結果對宇宙電場是怎樣演變為渦旋電場給出答案-----這可能與電場與磁場的相互作用有關。我們知道，電場與磁場是同一事物的不同表現形式，運動的電場產生磁場，變化的磁場又產生電場，電場與磁場形成統一的電磁場。

而且，沿電場方向運動的帶電粒子，在電場中不是受電場力吸引，便是受電場推斥，總是順著電場力的作用方向運動的。但是，當帶電粒子在磁場中沿磁力線方向運動時，卻不會受任何力的作用。然而，當帶電粒子垂直於磁力線運動時就會受到一個改變它原來運動方向的力，叫做洛淪茲力。例如，磁力線垂直穿書面，當帶電粒子在書面的平面上運動時，所受到的洛倫茲力也在書面的平面上，並且總是垂直於帶電粒子的運動方向。

在垂直於磁場的洛倫茲力作用下，帶電粒子運動的方向在局面上不停的改變，最後沿著一個圓弧軌道運動。但這個力並不改變帶電粒子原有的速度大小（方向會改變）或能量。一定速度的帶電粒子，在均勻磁力場中走過的軌跡，是半徑為一定的圓周。就是說，是垂直於帶電粒子運動軌道平面的（磁場）磁力線產生的洛倫茲力使帶電粒子作圓周運動。大量帶電粒子的圓周運動就形成旋轉電場。

觀測表明，太陽黑子實際是一種磁場很強的旋渦，可能正是磁場中的洛倫茲力，導致了這種磁性旋渦的產生。

按照這個原理，如果太陽磁場逐漸增強，太陽系就會逐漸緊縮，相反，如果太陽磁場逐漸減弱，太陽系就會逐漸膨脹。同理，地球磁場如果逐漸減弱，月球也就會遠離地球而去（觀測資料表明，溫度對磁場的強弱存在制約關係，即存在“熱退磁效應”，溫度升高則磁場減弱，磁性物質被加熱就會退磁，磁鐵燒紅了就不再吸鐵。金星表面溫度達480℃，因而金星磁場極弱。

根據法拉第電磁感應定律和麥克斯韋電磁場理論，當某一固定迴路L所圍的面積為S的區域由於磁感應強度B發生變化引起其磁通量 變化時，將產生感生電動勢 並在磁場區域及其周圍空間激發出渦旋電場 ,感生電動勢 與渦旋電場 之間的關係為 ，很顯然，渦旋電場 是非保守場即非勢場，也就是

渦旋電場力的本質就是洛侖茲力的一個分力，渦旋電場線是這個分力線。渦旋電場是個等效電場，並非真實存在。電磁感應的機制就是洛侖茲力做功，實現電場能與其它形式能量的相互轉化。感生電場對自由電荷的作用只是一種等效的猜想，所以渦旋電場是一個虛擬的電場。變化的磁場周圍不存在這個渦旋電場，是附加給變化的磁場的。閉合導體迴路中自由電子受渦旋電場力作用，定向移動形成電流；不閉合導體中的自由電子受渦旋電場力作用，嚮導體兩端積聚，使該段導體成為開路的電源。

有關文獻在對渦旋電流的表述中，往往都是以變化磁場或交變磁場為前提的。一般地，處在變化磁場中的金屬塊，垂直磁場方向的任意一個截面都可以看成是由若干個大小不等的閉合金屬環構成，這些閉合金屬環就是一個一個的閉合迴路。當穿過這些閉合迴路中的磁通量隨變化磁場發生變化時，每個迴路中都會產生渦旋狀的感應電流，如圖1所示。這種渦旋狀的感應電流叫做渦旋電流。 

渦旋電流的本質

事實上，渦旋電流在本質上是由於渦旋電場在閉合迴路中產生的感應電流，至於所謂的“渦旋狀”只是在金屬塊構成的特定電流迴路中的具體體現。渦旋電流的電流迴路有一個重要的特徵，也就是渦旋電流迴路中的任一部分都相當於一個電磁感應電源，如圖2所示。這是由感生電動勢激發出來的渦旋電場所決定的。

由渦旋電場產生的的感應電流就叫做渦旋電流。比如，感應電能表鋁盤中的感應電流和電磁爐中的感應電流都是渦旋電流。在渦旋電流產生的過程中，激發渦旋電廠的變化磁場，包括自身強弱或方向發生變化的電流產生的變化磁場和磁體與電流迴路之間發生的非切割磁感線運動引起的變化磁場。

產生機理：渦旋電場是由變化的磁場產生的，它不同於電荷產生的靜電場。

電場線特點：靜電場的電場線其電場線起於正電荷終止於負電荷是不閉合的；而渦旋電場的電場線沒有起點、終點，是閉合的。

電場力做功：靜電場中電場力做功和路徑無關，只和移動電荷初末位置的電勢差有關；渦旋電場中移動電荷時，電場力做功和路徑有關，因此不能引用“電勢”、“電勢能”等概念。

由以上分析可知，對於遇到的關於變化的電磁場的問題，要首先考慮到渦旋電場與靜電場的聯繫和區別，要用聯繫的觀點認識規律，從而作出正確的判斷。

補充：變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場；均勻變化的電場產生恆定磁場，均勻變化的磁場產生恆定電場； 周期性變化的電場產生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場產生周期性變化的電場。