§ 139. Направление индукционного тока. Правило Ленца.

В опытах, описанных в предыдущем параграфе, мы видели, что в различных случаях направление индукционного тока может быть различно: отброс гальванометра происходил иногда в одну сторону, иногда — в другую. Теперь мы постараемся найти общее правило, которым определяется направление индукционного тока.

Для этого проследим внимательно за направлением тока в каком-нибудь индукционном опыте, например в опыте, изображенном на рис. 254, а. Схема этого опыта показана уа рис. 261, причем каждая из катушек I и II изображена в виде одного витка, а стрелки /_перв и /_ивд указывают соот­ветственно направление первичного тока в катушке I и на­правление индукционного тока в катушке II.

Рис. 261, а относится к случаю, когда ток /_перв усили­вается, а рис. 261,6 — к случаю, когда он ослабляется. Мы видим, что в первом случае, т. е. при усилении магнит-

в какую вращается поле.

На этот опыт нужно обра­тить особое внимание, так как

он облегчает понимание устройства одного из наиболее рас­пространенных типов электрических моторов.

п 139.1. Рядом расположены два длинных проводника а и Ь (рис.

• 265); первый из них соединен с источником тока, второй — с гальванометром. Если каким-нибудь способом, например с помо­щью реостата, изменить силу тока в первом проводнике, то галь­ванометр обнаружит возникновение во втором проводнике индук­ционного тока. Объясните этот опыт. Как проходят в этом случае линии магнитного поля и где находится индукционный контур? Как направлен индукционный ток при усилении и при ослаблении первичного тока?

2. Для индукционного опыта, изображенного иа рис. 258, определите, пользуясь правилом Ленца и правилом левой руки, направление индукционного тока, предполагая, что магнитное поле направлено снизу вверх, а проводник движется слева на­право. Как изменится направление индукционного тока, если изменить на обратное направление магнитного поля или направле­ние движения проводника? Для направления тока в проводнике Ьс сформулируйте аналогичное «правило правой руки».

3. Производится индукционный опыт, изображенный иа рис. 260. Знаки полюсов батареи указаны на рисунке. Определите направление тока в катушке II при вдвигании железного сердеч­ника и при выдвигании его из катушки I.

§ 140. Основной закон электромагнитной индукции. Основ­ной закон электромагнитной индукции гласит, что индук­ционный ток возникает в проводящем контуре при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего поверх­ность, охваченную этим контуром. Однако, производя

§ 141. Электродвижущая сила индукции. Итак, мы устано­вили, что в процессе индукции возбуждается э. д. с. индук­ции, благодаря чему в проводниках возникает ток, сила кото-

§ 142. Электромагнитная индукция и сила Лоренца. Возникновение э. д. с. индукции в телах, движущихся в магнитном поле, может быть легко понято с точки-Зрения представления о силе Лоренца (§ 136).

§ 150. Основы теории ферромагнетизма. В отличие от Диамагнетизма, и парамагнетизма, которые являются! свой­ствами отдельных атомов или молекул вещества, ферро­магнитные свойства вещества объясняются особенностями

1 Если вместо белой нитки взять черную, то заряд будет перехо­дить с одного электроскопа на другой гораздо быстрее, потому что чер­ная краска, которой окрашена нитка, сама является веществом, в ко­тором заряд перемещается довольно легко.

1 Выбор названия «положительный» для зарядов, возникающих на стекле, и «отрицательный» для зарядов на сургуче совершенно случаен.

1 Элементарный заряд е является фундаментальной физической постоянной. (Примеч. ред.)

1 Знак ~ перед числом означает «порядка». (Примеч. ред.)

1 *) В таком виде аакон Кулона выражает силу взаимодействия меж­ду двумя точечными зарядами в вакууме. Если же пространство между зарядами заполнено каким-либо диэлектриком, например спиртом или

2керосином, то в формуле (10.1) появляется еще величина, зависящая от природы диэлектрика. К этому вопросу мы вернемся в § 36.

1 Удобно применять взессь кристалликов сернокислого хинина или манной крупы в касторовом масле.

1 Линии электрического поля называют также линиями напряжен­ности электрического поля или линиями вектора Е (старый термин •— силовые линии). (Примеч. ред.)

2 То есть с направлением напряженности поля. (Примеч. ред.)

1 Это утверждение справедливо только для электростатического поля, т. е. поля, создаваемого системой неподвижных зарядов. (Примеч. ред.)

1 Следует остерегаться смешения понятий напряженности по­ля, т, е. силы, действующей на единичный заряд, и напряжения между данными точками, равного работе при перемещении единичного заряда между этими точками.

1 Конечно, рис. 41 плоский, так что, собственно, говоря, мы изоб­ражаем на нем лишь эквипотенциальные линии и линии поля, лежащие в плоскости чертежа. Для полной характеристики электрического по­ля в пространстве надо было бы строить пространственную модель, что, к сожалению, слишком затруднительно.

1 Станиоль—тонко раскатанный лист олова (от латинского слова stanum — олово, отсюда химический символ олова Sn).

1 Иногда говорят об абсолютной диэлектрической проницаемости е_а, под которой подразумевают произведение относительной диэлектри­ческой проницаемости на электрическую постоянную: 8_а=8е₀. Однако эта величина физического смысда не имеет, и мы ее рассматривать не будем. (Примеч. ред.)

1 См. сноску на с. 81. В современной технике обычно вместо тонких листов олова применяют листы алюминия или других металлов. Однако в силу привычки и эти листы нередко называют станиолем.

1 Это справедливо только для жидких и газообразных диэлектри­ков. (Примеч. ред.)

1 Дистиллированная вода не является хорошим диэлектриком для этой цепи. Стержень и корпус электрометра оказываются соединенны­ми проводящим (хотя и слабо) столбом воды, и между ними не сможет установиться разность потенциалов.

1 В '1956—1959 гг. Т. Коллинз наблюдал отсутствие уменьшении тока в сверхпроводящйл кольце в течение двух с половиной лет. (П/т- меч. ред.)

1 Или равноценного ей Проводника, по которому течет ток (§ 115)^ 5* 131

1 Нихром — сплав никеля и хрома. Фехраль — сплав железа, хрома и алюминия, или хромоникелевая сталь. Эти сплавы отличаются тем, что их удельное сопротивление велико и почти не зависит от тем- пературы. Кроме того, эти сплавы мало окисляются при высоких тем­пературах.

1 Кандела — единица силы света — одна из основных единиц СИ. (Примеч. ред.)

1 От греческих слов «ана» — вверх, «ката» — вниз, «одос» — путь. «Вверх» и «вниз» введены Фарадеем, не совсем удачно, для обозначения противоположности направлений, в которых движутся частицы, выделя­ющиеся на аноде и катоде.

1 Напоминаем, что валентность любого атома определяется числом атомов водорода, которое способно соединяться с данным атомом или ко­торое может быть замещено данным атомом. Так, например, хлор и сереб­ро (в соединениях НС1, AgCl) одновалентны; цинк или кислород (в сое­динениях ZnO, Н₂0) двухвалентны и т. д. Валентность водорода по оп­ределению выражается числом 1.

2 Напомним, что молем называется количество вещества, в котором содержится число атомов или молекул, равное постоянной Авогадро N a =6,02'I0^2S моль^-* (см. том I).

1 Фарадей предлагал для абсолютных измерений электричества принять за единицу то количество электричества, которое при электро­лизе воды выделяет в приборе для электролиза одну сотую кубического дюйма гремучего газа. Это количество электричества в пересчете на сов­ременные единицы приблизительно равно 0,7 Кл.

1 «Типографский металл» — легкоплавкий сплав на основе свинца.

1 Вследствие малости внутреннего сопротивления аккумулятора короткое замыкание его (§ 63) вызывает очень большой ток, крайне вред­ный для аккумулятора.

1 Леонид Исаакович Мандельштам (1879—1944} и Николай Дмит­риевич Папалекси (1880—1947) — советские физики, академики.

1 Трудности осуществления этого опыта состоят в необходимости устранить посторонние причины возникновения токов другого происхож­дения, настолько сильных, что они способны замаскировать ожидаемый эффект.

1 При очень больших напряжениях в электролитах удалось на­блюдать небольшие отступления от закона Ома.

1 Процесс возникновения искрового разряда связан с образованием так называемых стримеров и более сложен, чем описано здесь, однако изложение деталей явления пробоя выходит за рамки этой книги. (При­меч. ред.)

2 Следует отметить, что такие опыты чрезвычайно опасны, так как молния может ударить в змей, и при этом большие заряды пройдут через тело экспериментатора в Землю. В истории физики были такие пе­чальные случаи. Так погиб, например, в 1753 г. в Петербурге Г. В. Рих- ман, работавший вместе с М. В. Ломоносовым.

1 Свечение столба дуги слабее, так как излучающая способность газа мала.

1 Мы не упоминаем о ряде деталей в строении разряда, имеющих второстепенное, значение.

1 В телевизорах обычно применяют трубки не с электрическим, а с магнитным управлением электронным лучом. (Примеч. ред.)

1 Болометром называется прибор для измерения мощности потока излучения, действие которого основано на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента при его нагревании. (Примеч. ред.)

2 Слово «внутренний» в этом названии подчеркивает тот факт, что освобождаемые светом электроны не вылетают за границы тела, как в явлении испускания электронов освещенным металлом, которое назы­вают «внешним» фотоэлектрическим эффектом (§ 9), а остаются внутри тела и только изменяют его проводимость.

1 На положительном и отрицательном участках координатных осей масштабы различны. (Примеч. ред.)

1 Разные металлы имеют разное сопротивление. Поэтому при при­соединении их к одной и той же батарее, как это делал Эрстед, сила тока была различна, а потому было различно и магнитное действие этого то­ка. Надо помнить, что Эрстед производил свои опыты ранее, чем был ус­тановлен закон Ома и было выяснено понятие о сопротивлении провод­ников и его зависимости от материала.

1 См. сноску на с, 351.

1 То есть на единицу длины соленоида всюду приходится одно и то же число витков.

Ю Элементарный учебник физики, т. 11 289

1 Впрочем, положение магнитных полюсов Земли со временем медленно изменяется.

1 На рис. 234 для простоты показано, что проводник ab висит на пружинках (ка динамометре), которые растягиваются или сжимаются в зависимости от того, направлена сила вниз или вверх. Чтобы установ­ка была достаточно чувствительной, надо проводник ab подвесить к ры­чагу чувствительных весов и применить сильное магнитное поле и боль­шой ток.

1 Предполагается, что на протяжении всего проводника аЪ поле имеет одну и ту же магнитную индукцию В.

1 Напоминаем, что при графическом изображении линии магнит­ного поля чертятся гуще там, где магнитная индукция больше (§ 122).

1 Точнее, формула (136.1) определяет только магнитную часть си­лы Лоренца. «Полная» сила Лоренца включает в себя, кроме этой части, электрическую часть, равную еЕ, где Е — напряженность электриче­ского поля. (Примеч. ред.)

1 Очевидно, такой опыт может удаться только в том случае, если магнитное поле на всем протяжении катушки имеет одно и то же на­правление. Он сравнительно легко удается в поле длинного соленоида, которое однородно.

11. Элементарный учебник физики, т. U

1 Мы указывали уже (§§ 17 и 122), что картину линий магнитного поля, как и поля электрического, можно чертить так, чтобы число ли- кий, приходящееся на единицу площади контура, было равно модулю составляющей поля, перпендикулярной к плоскости контура. Таким образом, магнитный поток через контур можно наглядно представлять себе как полное число линий поля, проходящих через площадь контура. Отсюда и происходит слово «поток».

1 В самой общей формулировке правило Ленца гласит, что ин­дукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его выбывающей. (Примеч.-ред.)

1 Предполагается, что при измерениях силы тока мы можем пре­небречь сопротивлением измерительного прибора по сравнению с со­противлением катушки.

1 См. текст, следующий за формулой (126.4). (Примеч. ред.}

1 Индукция В называется силовой характеристикой магнитного поля в связи с тем, что она определяет силу, действующую на токи и заряды (см. формулы (133.1) и (136.1)). (Примеч. ред.)

2 Подчеркнем, что это утверждение справедливо только в том слу­чае, когда все пространство, в котором поле отлично от нуля, заполнено однородным веществом. Если вещество неоднородно или заполняет не все пространство, в котором имеется поле, равенство Н=Н_а не вы­полняется, и, следовательно, нельзя говорить, что Н не зависит от свойств среды, в которой создано магнитное поле. (Примеч. ред.)

1 Поэтому вопрос о сложении полей постоянных магнитов в дей­ствительности не так прост, как было изложено в § 121; внесение второго сильного магнита не только добавляет его поле к полю первого магнита, но и искажает это поле. При сложении полей токов (в отсутствие желез- нйх' сердечников) изложенное в § 121 не нуждается в оговорках.

1 Поскольку Н (в отличие от В) при соблюдении условий, указан­ных в§ 144, не зависит от (А, целесообразно рассматривать зависимость (I от Н (а не от В).

12. Элементарный учебник физики, т. II

1 Речь идет не о том нагревании под действием вихревых токов Фуко, Которое испытывают все металлы, помещенные в переменное маг­нитное поле, а о нагревании ферромагнитных тел, обусловленном их перемагничиванием и связанном со своеобразным внутренним трением в перемагничиваклцемся веществе.

1 Поэтому вся теория часто называется «доменной».

1 В § 141 выражение для S, было написано в виде ДФ/ДЛ Однако более строго, с учетом правила Ленца, его нужно записывать в виде —ДФ/Д/. (Примеч. ред.)

1 Поэтому такой осциллограф носит название «петлевого» или «шлейфового»,

1 Иногда эти приборы называют также катодными осциллогра­фами, но название это уже устарело и лучше им не пользоваться;

1_чОтметим, что понятие частоты имеет смысл только для перемен­ных величин, меняющихся пб синусоидальному закону. Мы вернемся к этому вопросу в томе IIГ.

1 Раньше действующее значение называли «эффективным значе­нием». (Примеч. ред.)

1 Полное сопротивление вычисляется по формуле Z=fR*-\-{X_L-X_c)\

(Примеч. ред.)

384

1 В этих опытах очень удобно пользоваться осциллографом (§ 152) с двумя петлями (§ 153). Одну из петель включают в цепь тока /, другую — в цепь одного из токов /j или /₂.

1 Сдвиг фаз ф определяется'формулой tgq> =

R ~ R (Примеч. ред.)

1 Мы знаем (§43), что напряжение распространяется вдоль цепи с огромной скоростью с=3 • Ю⁸ м/с (скорость света). Так как длина цепи от источника, тока до обкладок конденсатора невелика, то напряжение на обкладках «с может отстать от ц только на ничтожную долю секун­ды, т. е. практически следует за и без запаздывания.

1 Преимущества постоянного тока для электродвигателей будут выяснены в следующей главе.

1 Устаревшее название этого генератора динамо-машина.

1 Само собой разумеется, что в генераторах с параллельным воз­буждением зажимы якоря и индуктора должны быть соединены так, чтобы при вращении якоря в определенном направлении индуцирован­ный в нем ток усиливал, а не ослаблял имеющееся в генераторе остаточ­ное намагничивание. Иначе э. д. с., индуцируемая в якоре, будет не воз­растать, а уменьшаться, стремясь к нулю.

1 Мощный мотор, работающий с недогрузкой, т. е. при малом ко­эффициенте мощности, берет больший ток, чем мотор, рассчитанный на данную мощность. А так как потери на джоулево тепло (нагревание про­водников током) растут как квадрат тока, то и бесполезные потери мощ­ности в недогруженном моторе больше, чем в моторе, работающем при нормальной мощности.

1 Большой прогресс в создании сильных магнитных полей свя­зан с использованием в обмотках магнитов сверхпроводников! что дало возможность применить большие токи.