Вопрос 31. Электромагнитная индукция. Вихревое электрическое поле.

Явление ЭМИ, открытое М.Фарадеем (1831), состояло в том, что при изменении потока магнитной индукции (МИ), пронизывающего замкнутый проводящий контур, в цепи возникает ЭТ, получивший название индукционного(на появление тока в цепи реагирует гальванометр G на схеме рис.1, а). В более реальной схеме индукционный ток может наблюдаться в цепи, образованной гальванометром G и катушкой из гибкого длинного проводника, внутри к-рой можно перемещать постоянный магнит (рис.1, б).

Количественная формулировка рассматриваемого явления (эффекта Фарадея) состоит в том, что вызвавшая индукционный ток электродвижущая сила пропорциональна скорости изменения потока МИ, идущего сквозь поверхность опирающуюся на контур L: (по определению ЭДС поэтому =-

Здесь знак «-» выражает т.н. правило Ленца ¾ индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им МП препятствует изменению потока МИ, обусловившему индукционный ток.

В полной формулировке закон ЭМИ м-т быть прочитан так - ЭДС ЭМИ в проводящем контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменению потока МИ сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. Появление ЭДС в контуре при его движении в МП м-т быть объяснено перемещением зарядов внутри проводника под действием силы Лорентца (схема рис.2).

• Согласно эффекту Фарадея, какова бы не была причина изменения потока МИ, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре ЭДС ® Появление ЭДС возможно, однако, и в неподвижном проводнике при условии переменного МП. Cила Лорентца на неподвижные ЭЗ не действует - её действием нельзя объяснить появление ЭДС в данном случае. Поэтому при анализе явления ЭМИ Дж.Максвеллом было предположено, что переменным МП в окружающем пространстве всегда возбуждается ЭП, к-рое является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Циркуляция вектора индуцированного в результате эффекта Фарадея электрического поля по траектории L, совпадающей с неподвижным контуром из проводника, и представляет собой ЭДС ЭМИ в контуре: Проводящий контур в этом случае - лишь средство для обнаружения индуцированного поля Е по его действию на заряды в проводнике. Отметим ¾ согласно соотношению для ЭДС ЭМИ (*), циркуляция поля Е по замкнутому контуру (выражающая ЭДС) отлична от нуля . Это свойство, в принципе, отлично от ситуации, типичной для потенциального поля (для потенциального электростатического поля циркуляция E по замкнутому контуру равна нулю). Электрич. поле Е в рассмотренном случае (в эффекте Фарадея или явлении ЭМИ) - вихревое.

• По Максвеллу, т.о., переменным магнитным полем в окружающем пространстве всегда порождается вихревое электрическое поле (обобщённая формулировка закона ЭМИ, устанавливающая неразрывную связь МП и ЭП).

• Вопрос 32. Самоиндукция. Эдс самоиндукции. Индуктивность.

• Самоиндукция

П ри изменении силы тока i(t) (с изменением напряжения U(t), получаемого от включённого в цепь источника ЭДС в контуре (образованном витками катушки) будет изменяться и сцепленный с ним поток МИ, следоват-но, в нем будет индуцироваться ЭДС (cхема рис.3,а). Сцепленный с контуром поток пропорционален силе тока i(t), текущего в цепи: коэффициент пропорциональности L именуют индуктивностью контура (eдиница измерения [L] = 1 Гн [Генри]. Возникновение ЭДС индуkции в контуре при изменении в нём силы тока называют явлением самоиндукции (СИ).

• Величина индуктивности соленоида - , здесь - площадь витка и длина соленоида, m - магнитная проницаемость сердечника соленоида. Индуктивность соленоида для магнитного поля является аналогом ёмкости уединённого проводника для ЭСП ¾ характеристика устройства, к-рая определяется только его параметрами ¾ размерами и проницаемостью материала. Для величины ЭДС самоиндукции считается, что индуктивность постоянна поэтому для нее чаще всего используют формулу ¾