Experimentos que muestran el fenómeno de las líneas de campo eléctrico cerradas

Uno: Sinceramente, no lo sé. Ya me costó mucho encontrar este experimento en alemán, aunque el alemán es mi lengua materna. ^^ Finalmente lo logré con Ringentladung , que traté de traducir al inglés pero lo único que pude encontrar es esto . ¿Tal vez un hablante nativo pueda ayudar aquí?

Dos: la descarga eléctrica, que hace brillar el gas en la esfera, es causada por la sacudida de las cargas en el campo eléctrico variable. Mientras se mueven de un lado a otro, transfieren energía a otros átomos de gas cercanos, que a su vez emiten su energía en forma de radiación. Creo que tu pregunta es esta: ¿cómo puedo saber en qué dirección están temblando? Es cierto que solo por la imagen (y por no conocer las ecuaciones de Maxwell) no puedo decir si las cargas se mueven radialmente hacia afuera y hacia adentro o a lo largo de un circuito cerrado . Podría ser que, de alguna manera, la agitación radial hacia adentro y hacia afuera sea proporcional al flujo magnético, que es máximo en el borde; es por eso que el anillo brillante es el más brillante allí.

Ahora, cuando regrese al experimento, el gas en la cámara es inicialmente neutral; por eso nada brilla al principio de este video . Cuando cargas la barra y la acercas a la esfera, separas algunas cargas: ahora tienes cargas libres que luego inician el proceso de "sacudida de un lado a otro".

¿Qué pasaría entonces si la sacudida fuera radial?

En mi opinión , esto: digamos que sostienes la varilla en el polo norte de la esfera y digamos que solo cerca de la varilla se crean cargas libres. Entonces deberías tener una mancha de luz brillante cerca del polo norte (y solo cerca del polo norte) ya que las cargas se mueven hacia adelante y hacia atrás, y no hacia los lados.

Solo si tiene en cuenta el movimiento lateral, puede explicar por qué hay un círculo completo, incluso si acaba de crear cargas libres en un punto: primero tiene algunas cargas, se mueven hacia la derecha, eliminan algunos otros electrones de las moléculas, entonces tienes algunos electrones más. Este mismo procedimiento ahora en la otra dirección, etc., en forma de cascada, hasta completar todo el círculo.

Pero no estoy del todo seguro aquí.

Tres: Una forma es esta:

Empiezas con una de las ecuaciones de Maxwell e integras sobre el área ($\int d \vec A$):

$$\int d \vec A~\vec \nabla \times \vec E = - \int d \vec A \frac{\partial \vec B}{\partial t} .$$

Ahora el primer término se puede convertir en una integral de línea, usando el teorema de Stokes , mientras que el segundo corresponde al cambio del flujo magnético inducido por la corriente alterna en las bobinas. Para simplificar, tome el campo magnético producido por las bobinas como$\vec B_0 sin(\omega t)$, entonces la ecuación dice:

$$\oint \vec E ~ d\vec r = - \int d \vec A \frac{\partial}{\partial t}\vec B_0 ~sin(\omega t) = - \int d \vec A~\vec B_0~cos(\omega t) \omega .$$

Ahora resolvamos las integrales. La integral de línea cubre un círculo que es concéntrico y está en el mismo plano que las bobinas, mientras que la integral de área cubre el área del mismo círculo:

$$E ~ 2 \pi r = - \pi r^2 B_0 cos(\omega t) \omega.$$

al final tienes

$$E \propto r,$$ por eso el gas brillante es más brillante en el borde de la esfera: el campo eléctrico inducido aumenta linealmente con la distancia desde el centro.

Cuatro: Hm, no que yo pueda pensar. Tal vez quiera ver las corrientes de Foucault , que también se generan por inducción y que también son bucles cerrados de líneas de campo eléctrico. O tal vez echa un vistazo a esto .

Este es un ejemplo de la Ley de Faraday, una de las ecuaciones de Maxwell:

$$\nabla \times E = - \frac{\partial B}{\partial t}$$

Que relaciona la curvatura de un campo eléctrico con la derivada temporal de un campo magnético.

Si considera un campo eléctrico estático, puede describir todo el sistema con solo la Ley de Gauss:

$$\nabla \cdot E = \frac{\rho}{\epsilon_0}$$

y

$$F = qE$$

para una partícula puntual en este campo. Esto es muy similar a la ley de gravitación de Gauss, que tiene mucho sentido. La teoría del potencial nos dice que la fuerza es simplemente la derivada espacial del potencial para un campo conservativo. Entonces, ¿qué sucede cuando permitimos que el sistema evolucione o se mueva a un marco inercial diferente? De repente, el$E$las líneas se vuelven sesgadas y el campo ya no es conservador; ¡ahora tiene algo de rizo! Esto da lugar a la fuerza correctiva llamada magnetismo que conocemos y amamos.

El efecto inverso también es cierto: si sometes un campo eléctrico a un campo magnético cambiante, se inducirá un enrollamiento en el campo eléctrico. Esto se manifiesta en el movimiento de rotación de las elecciones libres dentro del gas en su experimento.