Билет №1 Явление электромагнитной индукции. Опыт Фарадея. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

Известно, что электрический ток и его магнитное поле всегда существуют одновременно. Фарадей, зная о тесной связи между током и магнитным полем, был уверен, что с помощью магнитного поля можно создать в замкнутом проводнике электрический ток. Он провел многочисленные опыты и доказал это, открыв в 1831 г. явление электромагнитной индукции. Возникновение в замкнутом проводнике электрического тока, обусловленное изменением магнитного поля, называют явлением электромагнитной индукции. Полученный таким способом ток называют индукционным (наведенным), а создающую его э. д. с. называют э. д. с. индукции.

Опыты Фарадея. Рассмотрим один из опытов Фарадея, с помощью которых он открыл явление электромагнитной индукции.

1. Возьмем соленоид, соединенный с гальванометром, и будем вдвигать в него постоянный магнит. Оказывается, что при движении магнита стрелка гальванометра отклоняется. Если же магнит останавливается, то стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. То же самое получается при выдвижении магнита из соленоида или при надевании соленоида на неподвижный магнит. Такие опыты показывают, что индукционный ток возникает в соленоиде только при относительном перемещении соленоида и магнита. На основании опытов Фарадея можно сделать следующий вывод: индукционный ток (и э. д. с. индукции) в замкнутом контуре появляется только в том случае, когда изменяется магнитный поток, который проходит через площадь, охваченную контуром.

Закон (правило) Ленца для электромагнитной индукции: э. д. с. индукции создает в замкнутом контуре такой индукционный ток, который своим магнитным полем препятствует причине, вызывающей появление этой э. д. с.

Из закона Ленца можно установить, что энергия индукционного тока в проводнике получается за счет той энергии, которая затрачивается на преодоление противодействия магнитного поля индукционного тока. Например, если разомкнуть цепь катушки, изображенной на рис. 23.3, и подсчитать работу, нужную для того, чтобы вставить в нее и вынуть магнит определенное число раз, а затем повторить этот опыт при замкнутой цепи, то во втором случае работа будет заметно больше, чем в первом. Это объясняется тем, что в первом случае собственного магнитного поля вокруг катушки нет, так как в ней нет тока, а во втором случае поле есть. Лишняя работа во втором случае идет на преодоление противодействия этого поля и равна энергии индукционного тока в катушке. Нетрудно видеть, что с помощью явления электромагнитной индукции можно превращать механическую энергию в электрическую, а также передавать электрическую энергию из одной цепи в другую.

Э. д. с. индукции, возникающая в какой-либо цепи, прямо пропорциональна скорости изменения потокосцепления магнитного поля с этой цепью:

В этой формуле - время, за которое происходит изменение потокосцепления на .

Билет №2 Вихревое электрическое поле. Вихревые токи.

Электрическое поле, возникающее при изменениях магнитного поля, называют вихревым электрическим полем. Работа сил вихревого электрического поля по перемещению электрических зарядов и является работой сторонних сил, источником ЭДС индукции. Вихревое электрическое поле отличается от электростатического поля тем, что оно не связано с электрическими зарядами, его линии напряженности представляют собой замкнутые линии. Работа сил вихревого электрического поля при движении электрического заряда по замкнутой линии может быть отлична от нуля.

По теории Максвелла в пространстве, в котором изменяется магнитное поле, обязательно возникает электрическое поле с замкнутыми линиями напряженности, независимо от присутствия вещества. На рис. 23.8 прямые линии изображают изменяющееся магнитное поле с индукцией В, возрастающей (а) и убывающей (б), а замкнутые линии — возникшее электрическое поле, напряженность которого Е. Если в этом пространстве окажется проводник, то в нем возникнет индукционный ток.

Индукционные токи, которые возникают в сплошных металлических телах, находящихся в переменном магнитном поле, и замыкаются внутри этих тел, называют вихревыми токами или токами Фуко (в честь французского ученого Ж. Фуко, который их исследовал).

Если вихревой ток вызывается движением тела в магнитном поле, то согласно закону Ленца этот ток должен тормозить движение тела. Тормозящее действие вихревых токов можно проиллюстрировать с помощью следующего опыта.

Если медную пластинку Р (рис. 23.11) заставить колебаться при выключенном токе в электромагните М, а затем при включенном токе в нем, то будет видно, что во втором случае колебания прекращаются почти мгновенно. Внешне кажется, что в этом случае пластинка как бы вязнет в густой жидкости. Тормозящее действие вихревых токов используется в измерительных приборах для успокоения колебаний стрелки измерительного механизма.

В современной технике нагревание вихревыми токами используется для закалки деталей и для изготовления сплавов в индукционных печах.