8. Явление электромагнитной индукции Закон Фарадея. Правило Ленца.

Открытие явления электромагнитной индукции доказало возможность получения электрического поля с помощью магнитного поля, т.е. была установлена связь между электрическими и электромагнитными явлениями, что послужило фундаментом для разработки теории электромагнитного поля. Открытие датским физиком Эрстедом магнитного поля вокруг проводников с током привело к попыткам с помощью магнитного поля возбудить ток в контуре.

Рис. 21.1

Эта задача была решена в 1831г. английским физиком М.Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции. Явление заключается в том, что при изменении магнитного потока через поверхность ограниченную проводящим контуром, в нем возникает электрический ток. Этот ток называют индукционным. На рис. (4.8.1) изображены некоторые из опытов Фарадея. Обобщив результаты опытов, Фарадей пришел к таким выводам:

1. индукционный ток возникает всегда, когда происходит изменение магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром,

2. величина индукционного тока не зависит от способа изменения потока магнитной индукции и определяется только скоростью изменения магнитного потока.

Возникновение индукционного тока указывает на то, что в замкнутом проводнике действует электродвижущаяся сила, которая была названа электродвижущей силой индукции. Математическая запись закона Фарадея имеет вид:

, (4.8.1)

э.д.с.. индукции равна скорости изменения магнитного потока. и _i имеют противоположные знаки.

возр уменьш

I >0

I >0 <0 >0

I

а ) Рис.21.2 в)

Если поток возрастает ( ), то 0 т.е. возникающий, индукционный ток создает такое поле, которое будет направлено навстречу потоку (рис. 21.2 а). Если же поток уменьшается ( ), то и направление потока и поля, созданного индукционным током, совпадут (рис.21.2в). Ленц установил правило, позволяющее найти направление индукционного тока. Правило Ленца гласит: индукционный ток в контуре всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток. Или короче: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине его вызывающей.

Таким образом, закон Фарадея определяет величину Э.Д.С. индукции, а правило Ленца – направление этой Э.Д.С. Если контур, в котором индуцируется Э.Д.С. состоит из нескольких витков N (например соленоид), то будет равна сумме Э.Д.С, индуцируемых в каждом из витков в отдельности, т.к. витки соединены последовательно:

.

Величину

(4.8.2)

называют полным магнитным потоком (или потокосцеплением). Если же поток, принизывающий каждый из витков одинаков:

(4.8.3)

э.д.с., индуцируемая в сложном контуре,

. (4.8.4)