Вихревое электрическое поле

Индукционный ток возникает и в том случае, когда контур неподвижен, а изменение магнитного потока обусловлено изменением индукции магнитного поля. Это свидетельствует о том, что изменение магнитного поля вызывает появление в контуре сторонних сил, действующих на носители заряда. Эти сторонние силы не связаны с химическими или с тепловыми процессами в проводе. Следовательно, индукционный ток обусловлен возникающим в проводе электрическим полем Е_i.

Работа сторонних сил по передвижению единичного заряда в контуре – это электродвижущая сила, действующая в контуре. Электродвижущая сила равна циркуляции вектора Е_i по данному контуру .

Максвелл предположил, что изменяющееся магнитное поле вызывает появление электрического поля индукции Е_i независимо от присутствия в пространстве проволочного контура. Контур является как бы прибором, позволяющим обнаружить это поле по возникновению индукционного тока.

Электрическое поле индукции не отличается по своему действию на электрические заряды от электростатического поля. Но по своей структуре эти поля резко отличаются друг от друга. Электростатическое поле имеет «источники поля» - электрические заряды. Силовые линии его не замкнуты: они начинаются и оканчиваются на зарядах. Работа по перемещению заряда в этом поле по замкнутому контуру равна 0. Следовательно, и циркуляция вектора напряженности электростатического поля по замкнутому контуру равна 0: . Это потенциальное поле.

В отличие от электростатического поле индукции Е_i не имеет источников. Линии напряженности этого поля замкнуты, то есть, оно, как и магнитное, представляет собой вихревое поле. Работа по перемещению заряда вдоль замкнутого контура, совпадающего с силовой линией поля, всегда отлична от 0.

Существование взаимосвязи между электрическим и магнитным полями является причиной того, что раздельное рассмотрение этих полей имеет лишь относительный смысл. Поле, которое относительно одной системы будет чисто электрическим или чисто магнитным, относительно других систем отсчета будет представлять собой совокупность электрического и магнитного полей, образующих единое электромагнитное поле.

Самоиндукция

Явление электромагнитной индукции наблюдается всегда, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий контур. Этот поток может создаваться током, текущим в самом контуре. Поэтому при всяком изменении тока в контуре в нем будет возникать ЭДС индукции, которая вызовет дополнительный ток в контуре. Явление возникновения ЭДС индукции в контуре при изменении тока в этом же контуре называется самоиндукцией.

Выясним, от чего зависит ЭДС самоиндукции. Магнитный поток через контур зависит от индукции магнитного поля, которая, в свою очередь, зависит от силы тока в контуре: Ф  В  i. Ф = Li , i – сила тока в контуре, L – коэффициент пропорциональности, называется индуктивностью контура, зависит от размеров и формы контура и от магнитных свойств окружающей контур среды. При i = 1, L = Ф - индуктивность контура численно равна магнитному потоку через контур, образованному единичным током.

Размерность индуктивности .

ЭДС самоиндукции равна скорости изменения магнитного потока . Знак “минус” говорит о том, что ЭДС самоиндукции препятствует всякому изменению тока в контуре. Особенно это необходимо учитывать при размыкании цепи.

При размыкании цепи ток убывает очень быстро, , при этом ЭДС самоиндукции может достигать очень больших значений, много больших, чем напряжения в контуре до выключения. Это может приводить к пробою изоляции и порче электроприборов. В момент размыкания образуется искра или даже может возникнуть электрическая дуга. Поэтому контур, содержащий индуктивность, нельзя резко размыкать. Токи, обусловленные самоиндукцией контура при размыкании, называются экстратоками размыкания.