2) заряженных частиц в потенциальном квазистационарном электрическом поле
3) заряженных частиц в вихревом квазистационарном электрическом поле (+)
4) незаряженных частиц в вихревом квазистационарном электрическом поле
Индукционное ускорение — это увеличение кинетической энергии заряженных частиц под действием вихревого квазистационарного электрического поля. Такое поле возникает при изменении магнитного потока во времени в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея: ∮E·dl = −dΦB/dt. Вихревое поле является непотенциальным: его циркуляция по замкнутому контуру отлична от нуля, а силовые линии электрического поля образуют замкнутые контуры.
Энергия передаётся частице электрической составляющей силы Лоренца, поскольку работа электрического поля определяется выражением qE·v. Магнитная составляющая силы Лоренца, равная q(v×B), изменяет направление движения, но в идеальном случае не совершает работы и непосредственно не увеличивает энергию частицы. Поэтому ускорение называют индукционным именно при наличии изменяющегося магнитного поля и порождённого им вихревого электрического поля; квазистационарность означает, что распространением электромагнитных волн в пределах системы можно пренебречь.
| Признак | Вихревое электрическое поле | Потенциальное электрическое поле |
|---|---|---|
| Источник | Изменение магнитного потока во времени | Разность электрических потенциалов, распределение зарядов |
| Математический критерий | ∮E·dl ≠ 0; rot E = −∂B/∂t | ∮E·dl = 0; rot E = 0 |
| Структура силовых линий | Замкнутые линии, не имеют единого начала и конца | Линии направлены от положительных зарядов к отрицательным или в бесконечность |
| Возможность совершать работу по замкнутому контуру | Присутствует; это основа индукционного ускорения | Отсутствует при перемещении по замкнутому контуру |
| Действие на заряженные частицы | Сообщает частицам энергию при наличии компоненты поля вдоль скорости | Также может ускорять частицы, но такое ускорение не является индукционным |
| Роль магнитного поля | Изменяющееся магнитное поле создаёт ускоряющее электрическое поле | Постоянное магнитное поле само по себе не выполняет работу над частицей |
| Действие на незаряженные частицы | Прямого ускорения силой Лоренца не вызывает | Также не вызывает прямого электромагнитного ускорения нейтральных частиц |
Таким образом, ключевым диагностическим признаком индукционного ускорения является ненулевая циркуляция электрического поля, связанная с изменением магнитного потока. Ускоряются именно заряженные частицы, для которых электрическое поле выполняет работу. Потенциальное поле может участвовать в обычном электростатическом ускорении, но не определяет индукционный механизм.