Досліди Фарадея

29 серпня 1831 р. після понад 16 тисяч дослідів англійський фізик і хімік М. Фарадей одержав електричний струм за допомогою магнітного поля постійного магніту.

Досліди Фарадея:

Візьмемо котушку, помістимо всередину неї постійний магніт і з'єднаємо котушку з гальванометром. Виймаючи магніт з котушки, помітимо, що під час руху магніту стрілка гальванометра відхиляється ліворуч. Але як тільки рух магніту припиняється, стрілка приладу повертається на нульову позначку. Тепер уведемо магніт у котушку. Під час руху магніту стрілка гальванометра знову відхиляється, тільки в іншому напрямку — праворуч. Після припинення руху магніту стрілка так само повертається на нульову позначку.

Явище виникнення електричного струму в замкненій котушці можна спостерігати також, якщо рухати саму котушку відносно нерухомого магніту або змінювати силу струму в іншій котушці, яка разом з досліджуваною надіта на спільне осердя.

Майкл Фарадей дійшов висновку: електричний струм у замкненій котушці виникає тільки тоді, коли магнітне поле, що пронизує її, змінюється. Цей струм було названо індукційним.

Річ у тім, що змінне магнітне поле завжди супроводжується появою у навколишньому просторі електричного поля. Саме електричне поле, а не магнітне, діє на вільні заряджені частинки в котушці й надає їм напрямленого руху, створюючи таким чином індукційний струм. Виникнення індукційного струму в не­рухомому провіднику не можна пояснити дією магнітного поля на вільні заряди, адже на нерухомі частки магнітне поле не діє.

Означення: Явище породження в просторі електричного поля змінним магнітним полем називають явищем електромагнітної індукції.

Означення: Явище виникнення електричного струму в замкненому провід­ному контурі внаслідок зміни магнітного поля, що пронизує контур, називають електромагнітною індукцією, а струм, що виникає при цьому, — індукційним.

Напрямок індукційного струму

Щоб визначити напрямок індукційного струму, скористаємося замкнутою котушкою. Якщо змінювати магнітне поле, що прони­зує котушку, то в котушці виникатиме індукційний струм. У ре­зультаті котушка сама стає магнітом.

Як відомо, два магніти взаємодіють: вони відштовхуються або притягуються.

Дослід показує, що при наближенні магніту до котушки вона відштовхуватиметься від магніту (незалежно від полюса магніту). Це означає, що в котушці виникає індукційний струм такого на­прямку, що вона виявляється поверненою до магніту однойменним полюсом.

Якщо ж магніт віддаляти від котушки, то котушка буде при­тягатися до магніту. Це означає, що в цьому випадку індукційний струм має такий напрямок, що котушка виявляється поверненою до магніту протилежним полюсом.

Знаючи напрямок магнітного поля котушки, можна визначити напрямок індукційного струму, скориставшись правилом свердлика.

Для успішного розв'язання задач учням може бути запропоно­ване таке формулювання для знаходження напрямку індукційного струму: поля, струми й сили, що виникають у процесах індукції, за­вжди перешкоджають тому процесу, що викликає явище елек­тромагнітної індукції.

Інакше: індукційний струм у замкнутому контурі завжди має такий напрямок, що створене ним магнітне поле намагається скомпенсувати зміну магнітного потоку, що зумовило цей струм.

Ця закономірність називається правилом Ленца.

Електричне поле, що виникає під час зміни магнітного поля, має зовсім іншу структуру, ніж електростатичне. Воно не пов’язано безпосередньо з електричними зарядами, і його лінії напруженості не можуть на них починатися й закінчуватися. Вони взагалі ніде не починаються й не закінчуються, а являють собою замкнуті лінії, подібні до ліній індукції магнітного поля. Крім того, робота з переміщення зарядів уздовж замкнутого контуру, виконана силами цього електричного поля, не дорівнює нулю. Це так зване вихрове електричне поле.