4. Электромагнитные явления
ЛЕКЦИИ 12-14. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции.
Закон электромагнитной индукции. (з. Фарадея - Максвелла). Правило Ленца.
Вывод закона электромагнитной индукции.
Явления самоиндукции. Индуктивность.
Токи при замыкании и размыкании электрической цепи.
Взаимная индукция.
Токи Фуко и их применение.
Энергия магнитного поля.
Вихревое электрическое поле. Первое уравнения Максвелла.
Токи смещения. Второе уравнение Максвелла.
Полная система уравнений Максвелла в интегральной форме.
Опыты Фарадея. Явления электромагнитной индукции
Эрстед и Ампер открыли, что электрические токи вокруг себя создают магнитное поле, которое действует на магнитную стрелку и на проводник с током, помещенные в нем. В связи с этим возникает вопрос. А возможен ли обратный процесс, т.е. может ли магнитное поле порождать электрический ток?
Для того, чтобы ответить на поставленный вопрос были поставлены многочисленные опыты и только в 1831 году Фарадею удалось ответить на данный вопрос на основании обобщения своих опытов. Идея опыта следующая. Катушку (1), присоединенную к источнику тока и ключу Фарадей поместил вовнутрь второй катушки (2), подключенной к гальванометру (G). При замыкании и размыкании ключа (K) на гальванометре он наблюдал отклонение стрелки то в одну, то в другую сторону( рис.247). Такие же отклонения он наблюдал при вдвижении и выдвижении замкнутой к источнику тока катушки (1), а так же постоянного магнита вовнутрь второй катушки с гальванометром (рис.248, 249).
|
Рис.247 Рис.248 Рис.249 |
Отклонения стрелки гальванометра G свидетельствуют о том, что в катушке (2) возникает электрический ток, который получил название индукционного. Само явление возникновения индукционного тока в катушке называется электромагнитной индукцией. Обобщая результат опытов, Фарадей пришел к выводу: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в нем возникает индукционный ток, независящий от способа изменения магнитного потока, а зависит от скорости изменения магнитного потока.
Открытие Фарадеем электромагнитной индукции имело большое значение в науке и технике. В науке этим явлением установлена взаимосвязь между электрическим и магнитным явлениями, что получило толчок для разработки теории электромагнитного поля Максвеллом. В технике получили электрический ток.
Закон электромагнитной индукции (з.Фарадея-Максвелла). Правила Ленца
4.2.1. Закон электромагнитной индукции
Обобщая результат опытов, Фарадей сформулировал закон электромагнитной индукции. Он показал, что при всяком изменении магнитного потока в замкнутом проводящем контуре возбуждается индукционный ток. Следовательно, в контуре возникает ЭДС индукции.
ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока во времени. Математическую запись этого закона оформил Максвелл и поэтому он называется законом Фарадея-Максвелла (законом электромагнитной индукции).
|
(565) |
,где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.
В системе «СИ» k=1 и в внесистемной единице k=1/с, с – скорость света.
В «СИ»
|
(566) |
.