31. Явление Электромагнитной Индукции. Закон Электромагнитной Индукции Фарадея ⚡️
Электромагнитная индукция — это фундаментальное явление, заключающееся в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) и, как следствие, индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.
Открытие: Явление было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году.
Причины возникновения индукционной эдс
Индукционная ЭДС возникает
в результате изменения магнитного
потока (
).
Изменение потока может быть вызвано:
Изменением магнитной индукции (
)
с течением времени (например, при
движении магнита относительно контура
или при изменении тока в соседней
катушке).Изменением площади контура (
),
пронизываемой полем.Изменением ориентации контура в магнитном поле (изменением угла
).
Закон Электромагнитной Индукции Фарадея
Закон Фарадея количественно описывает явление индукции, связывая величину наведённой ЭДС со скоростью изменения магнитного потока.
Формулировка: Индукционная ЭДС (
),
возникающая в замкнутом контуре, прямо
пропорциональна скорости изменения
магнитного потока (
),
пронизывающего этот контур.Математическая запись (в общем виде):
Если контур состоит из
витков (катушка), то
,
и формула принимает вид:
Единицы измерения: ЭДС измеряется в Вольтах (В), поток — в Веберах (Вб).
Правило Ленца (Определение направления)
Правило Ленца было сформулировано Эмилием Христиановичем Ленцем и определяет направление индукционного тока. Это правило отражает закон сохранения энергии.
Формулировка: Индукционный ток в замкнутом контуре всегда имеет такое направление, что создаваемое им собственное магнитное поле препятствует изменению того внешнего магнитного потока, которое вызвало данный ток.
Физический смысл (знак "минус" в формуле Фарадея): Знак "минус" в законе Фарадея отражает именно правило Ленца.
Если внешний магнитный поток увеличивается, индукционный ток создаёт поле, направленное против внешнего поля (стремится уменьшить поток).
Если внешний магнитный поток уменьшается, индукционный ток создаёт поле, направленное по внешнему полю (стремится восстановить поток).
Закон сохранения энергии: Если бы индукционный ток усиливал изменение потока, он бы увеличивался сам, и магнитное поле совершало бы положительную работу без затрат внешней энергии, что противоречит закону сохранения энергии.
Вот конспект по вихревым токам, скин-эффекту, индуктивности и самоиндукции:
32. Вихревые Токи. Скин-эффект. Индуктивность Контура. Самоиндукция 🌀
1. Вихревые Токи (Токи Фуко)
Вихревые токи (токи Фуко) — это замкнутые индукционные токи, возникающие внутри массивных проводников (пластин, стержней, сердечников) при изменении пронизывающего их магнитного потока.
Причина: Изменение внешнего магнитного потока ( ) наводит в проводнике вихревое электрическое поле, которое порождает замкнутые токи.
Правило Ленца: Направление вихревых токов всегда таково, что их собственное магнитное поле противодействует изменению внешнего потока.
Вредное действие: В трансформаторах и двигателях токи Фуко вызывают значительный нагрев сердечников (по закону Джоуля-Ленца) и приводят к потерям энергии.
Борьба с ними: Для минимизации потерь сердечники трансформаторов изготавливают из набора тонких, изолированных друг от друга пластин (шихтование). Изоляция препятствует замыканию больших вихревых контуров.
Полезное действие: Применяются в индукционных печах для нагрева металла и в демпфирующих устройствах (гашение колебаний, например, в амперметрах).