39) Явление электромагнитной индукции. Закон фарадея. Правило Ленца

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Особенности явления:

• чем быстрее изменится число линий магнитной индукции, тем больше возникающий ток;

• независимость явления возникновения индукционного тока от причины изменения числа линий магнитной индукции.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Условием существования электрического тока в замкнутом контуре является наличие электродвижущей силы, поддерживающей разность потенциалов. Следовательно, при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает ЭДС, которую называют ЭДС индукции ( ), которая в этом случае называется электродвижущей силой самоиндукции

Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией.

Если контур замкнут, то ЭДС индукции проявляется в возникновении электрического индукционного тока , где – сопротивление.

Если контур разомкнут, то на концах проводника возникает разность потенциалов, равная .

Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца: Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

Направление индукционного тока определяется следующим образом:

• установить направление внешнего магнитного поля В.

• определить увеличивается или уменьшается поток вектора магнитной индукции внешнего поля.

• по правилу Ленца указать направление вектора магнитной индукции индукционного тока Вi.

• по правилу правого винта определить направление индукционного тока в контуре.

Закон индукции Фарадея — Изменение потока магнитной индукции, проходящего через незамкнутую поверхность S, взятое с обратным знаком, пропорционально циркуляции электрического поля на замкнутом контуре , l который является границей поверхности S.

Закон Фарадея для электромагнитной индукции — Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур: если контур содержит N витков, то . Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Где: — электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура; — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур; B — Поток магнитной индукции; E — Электрическое поле; dL — Бесконечно малый элемент контура; dS — Бесконечно малый элемент вектора поверхности.