Электромагнитная индукция Магнитный поток

Поток вектора магнитной индукции вводится так же как и поток вектора напряженности электрического поля. Число линий индукции, пронизывающих площадку, называется магнитным потоком. В однородном поле Ф = ВS соsα.

Размерность магнитного потока в системе СИ: [Ф] = 1 Тл·1 м² = 1 Вб (в·с).

В случае неоднородного поля и криволинейной поверхности эта поверхность разбивается на маленькие площадки dS, которые можно считать плоскими и в пределах которых поле практически однородно: dФ = ВdS соsα = В_ndS. Полный поток через всю поверхность равен алгебраической сумме элементарных потоков

Ф = . В случае замкнутой поверхности число входящих линий равно числу выходящих и магнитный поток равен 0:. Это уравнение отражает тот факт, что магнитных зарядов в природе не существует.

Явление электромагнитной индукции

С момента открытия связи магнитного поля с электрическим током делались попытки возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Это удалось Фарадею, открывшему в 1831 году явление электромагнитной индукции.

Суть явления в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего проводящий контур, в контуре возникает электрический ток, называемый индукционным. Возникновение индукционного тока свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила индукции (ЭДС индукции).

По закону Фарадея ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока и не зависит от способа изменения потока: , знак « - » объясняется правилом Ленца:ЭДС индукции и индукционный ток направлены таким образом, что противодействуют причине их вызывающей. Или: магнитное поле возникающего индукционного тока стремится препятствовать вызвавшему его изменению магнитного потока.

Из формулы видно, что магнитный поток можно изменять тремя способами:

1. изменяя индукцию во времени

2. изменяя площадь контура

3. изменяя угол α (вращая контур).

Если контур состоит не из одного витка, а из N витков, например соленоид, то ЭДС индукции будет равна сумме ЭДС, индуцируемых в каждом витке в отдельности . Величинуназывают потокосцеплением или полным магнитным потоком. Если поток, пронизывающий каждый из витков одинаков, то.

Природа возникновения эдс индукции при движении проводника в магнитном поле

Во втором и третьем способах изменения магнитного потока происходит движение проводников в магнитном поле. В проводнике имеются свободные электроны. При движении проводника со скоростью v в магнитном поле эти электроны перемещаются в этом направлении с такой же скоростью. Следовательно, на них будет действовать сила Лоренца,

Магнитное поле направлено на нас, следовательно, сила Лоренца, согласно правилу левой руки, будет направлена вверх. В верхнем конце проводника будет возникать избыточный отрицательный заряд, в нижнем, откуда уйдут электроны – избыточный положительный заряд. Между концами проводника возникнет электрическое поле. Разделение зарядов будет происходить до тех пор, пока возникающее электрическое поле не уравновесит силу Лоренца.

F_q = F_L , q₀E = q₀vB , E = vB.

Если длина проводника l, то между концами проводника возникнет разность потенциалов  = Еl, которая и будет являться ЭДС индукции. Покажем это.

 = Еl= Вvl= ½Вl½=‌‌‌½В½=,, в данном случае dФ – это магнитный поток, пересекаемый проводником за время dt.

Если проводник будет скользить по проводящему контуру, то в контуре возникнет индукционный ток. Следовательно, причиной возникновения ЭДС индукции при движении проводника в магнитном поле является действие магнитного поля на движущиеся заряды (сила Лоренца).