Глава 6 Электромагнитная индукция

§ 6.26 Явление электромагнитной индукции

В главе 5 было показано, что электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. Связь магнитного поля с током привела к многочисленным попыткам возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Эта фундаментальная задача была блестяще решена в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции. Оно заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, возникает электрический ток, получивший название индукционного тока.

Рассмотрим классические опыты Фарадея, с помощью которых было обнаружено явление электромагнитной индукции. Если в замкнутую на гальванометр G катушку (соленоид) вдвигать или выдвигать постоянный магнит (рисунок 37, а), то в моменты его движения наблюдается отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток); направления отклонений стрелки при изменении направления движения магнита также меняются. Отклонение стрелки гальванометра и, следовательно, сила индукционного тока тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. При изменении полюсов магнита (NS) направление отклонения стрелки, т.е. направление индукционного тока, изменяется. Для получения индукционного тока можно передвигать соленоид относительно неподвижного магнита.

Если концы одной из катушек, вставленных одна в другую, присоединяются к гальванометру G, а через другую катушку пропускается ток, то при перемещении катушек друг относительно друга (рисунок 37, б) или в моменты включения (выключения) тока наблюдается отклонение стрелки гальванометра. Направления отклонений стрелки гальванометра также противоположны при включении и выключении тока, его увеличении или уменьшении, сближении или удалении катушек.

Обобщая результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к выводу, что индукционный ток возникает всегда, когда происходит изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции. Например, при повороте в однородном магнитном поле замкнутого проводящего контура в нем также возникает индукционный ток. В данном случае индукция магнитного поля вблизи проводника остается постоянной, а меняется только поток магнитной индукции через площадь контура.

Появление индукционного тока означает, что при изменении магнитного потока в контуре возникает ЭДС индукции E_i. При этом E_i совершенно не зависит от того, каким образом осуществляется изменение магнитного потока Ф, и определяется лишь скоростью его изменения, т.е. величиной dФ/dt. Причем изменение знака производной dФ/dt приводит к изменению направления индукционного тока, т.е. полярности E_i. Направление индукционного тока, а значит и знак E_i, определяется правилом Ленца: индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток. Правило Ленца выражает существенный факт – стремление системы противодействовать изменению ее состояния (электромагнитная инерция).

Открытие явления электромагнитной индукции имело огромное научное и техническое значение. Это явление показало, что можно не только получить магнитное поле при помощи токов, но и, обратно, получить электрические токи при помощи магнитного поля. Этим была установлена взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями, что послужило в дальнейшем толчком для разработки теории электромагнитного поля.