Закон електромагнітної індукції

Досліди Фарадея показали, що сила індукційного струму I_і в провідному контурі пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.

Якщо за малий час Δt магнітний потік зміниться на ΔΦ , то швидкість зміни магнітного потоку дорівнює . Тоді, .

У разі зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, в останньому з’являються сторонні сили, дія яких характеризується ЕРС, названою ЕРС індукції:

Відповідно до закону Ома для замкнутого кола . Використовуючи це співвідношення, Фарадей установив дослідним шляхом закон електромагнітної індукції:

ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує цей контур:

Цей закон формулюється саме для ЕРС., а не для індукційного струму. Для виникнення струму в провідник має бути замкненим, і сила струму ще й від опору (окрім швидкості зміни магнітного потоку)

Якщо в змінне м.п. внести котушку, що складається з N витків, ЕРС індукції буде:

У загальному випадку цей факт можна сформулювати у вигляді правила, установленого російським фізиком Е. Х. Ленцем:

З урахуванням правила Ленца закон електромагнітної індукції можна записати у вигляді: .

Явище самоіндукції

Візьмімо котушку з декількома сотнями витків, надягнуту на замкнутий залізний сердечник. До затисків котушки приєднаємо лампочку на 6 В. Котушку за допомогою ключа приєднуємо до джерела з напругою 2 В. Оскільки лампочка розрахована на напругу, більшу, ніж та, яку забезпечує джерело, то поки ключ замкнутий, вона горить слабко. У момент же розмикання ключа вона на мить спалахує яскравим білим світлом. Чому це відбувається? Після розмикання ключа струм у котушці зменшується, тобто магнітне поле слабшає. При цьому відбувається процес самоіндукції, завдяки якому «створюється» короткочасна, але досить значна ЕРС, під дією якої через котушку й лампочку протікає за досить короткий час значний струм, що змушує лампочку спалахнути.

Виникнення ЕРС індукції в контурі під час зміни сили струму в цьому ж контурі називають явищем самоіндукції.

Як відомо, енергетичною характеристикою вихрового електричного поля є ЕРС індукції. Оскільки самоіндукція є окремим випадком електромагнітної індукції, то для обчислення ЕРС самоіндукції можна застосувати формулу:

.

Індуктивність

Електричний струм I , що протікає через будь-який замкнутий контур, створює магнітний потік Φ , що пронизує поверхню, обмежену цим провідником. Якщо провідник нерухомий і магнітні властивості середовища не змінюються, магнітний потік пропорційний силі струму: Φ∼I або Φ = LI , де L — величина, що характеризує контур (наприклад, котушку) і навколишнє його середовище (сердечник).

Коефіцієнт пропорційності L називають індуктивністю данного контуру.

Індуктивність — це якість провідного контуру, обумовлена відношенням зміни потоку магнітної індукції, що пронизує контур, до зміни сили струму в ньому.

1 генрі — це індуктивність такого провідника, у якому струм силою в 1 А створює магнітний потік в 1 Вб.

Якщо форма контуру не змінна і м. потік змінюється тільки за рахунок зміни сили струму, то ЕРС самоіндукції:

Ця формула розкриває фізичний зміст індуктивності: з неї випливає, що індуктивність контуру чисельно дорівнює ЕРС самоіндукції, яка виникає в контурі під час зміни сили струму на 1 А за 1 с. Тому індуктивність називають також коефіцієнтом самоіндукції.