5. Электромагнитная индукция

5.1. Явление электромагнитной индукции

В разделе 3.1. показано, что электрический ток порождает магнитное поле. Следовательно, магнитное поле и электрический ток взаимосвязаны.

Но взаимосвязь магнитного поля и электрического тока должна быть симметричной, поэтому магнитное поле, в свою очередь, должно порождать электрический ток в проводниках. Это утверждал в 1823 г. в своём дневнике английский учёный-самоучка Майкл Фарадей.

После многолетних попыток, в 1831 г., ему удалось получить электрический ток, порождённый магнитным полем.

Успешный эксперимент Фарадея заключался в следующем.

На деревянный цилиндрический каркас он намотал 30 м медной проволоки.

Между витками первой катушки была намотана вторая такая же, причём витки катушек были разделены шнуром, не дававшим им соприкасаться.

К первой катушке была подключена мощная гальваническая батарея, а к второй – гальванометр (прибор для измерения электрического тока).

Фарадей обнаружил, что при включении и выключении тока в первой катушке во второй катушке возникал кратковременный ток.

Это показало, что электрический ток порождается изменяющимся магнитным полем.

Дальнейшие эксперименты показали, что ток в замкнутом контуре можно получать различными способами (например, приближая к соленоиду другой соленоид с током или постоянный магнит).

Количественный анализ результатов многочисленных экспе-риментов позволил сформулировать закон Фарадея, в соответствии с которым можно рассчитать величину ЭДС, возникающей в замкнутом контуре,

,

где _i – ЭДС, возникающая в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, охваченного замкнутым контуром; dФ – приращение магнитного потока, проходящего через замкнутый контур.

Явление возникновения электродвижущей силы за счёт изменения магнитного потока называется электромагнитной индукцией. Эдс _i, возникающая за счёт электромагнитной индукции, называется индукционной эдс. В свою очередь ток, возбуждаемый индукционной эдс в замкнутом контуре, назы-вается индукционным током.

Индукционный ток, как и любой другой ток, создаёт магнитное поле. Это поле называют индуцированным магнитным полем.

Знак « – » в законе Фарадея отображает правило Ленца: индукционный ток в контуре всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток.

Другими словами – если магнитный поток, охваченный контуром, увеличивается, то индуцированное магнитное поле направлено против внешнего магнитного поля.

Если же магнитный поток уменьшается, то индуцированное магнитное поле будет совпадать по направлению с внешним полем.

Если известно направление индуцированного магнитного поля, то можно определить направление индукционного тока в контуре. Это можно сделать с помощью правила правого винта: если вращать правый винт так, чтобы направление его поступа-тельного движения совпадало с направлением индуцированного магнитного поля, то направление вращения винта совпадает с направлением индукционного тока в контуре.

Рассмотрим пример.

Пусть в однородном магнитном поле находится контур. Вектор магнитной индук-ции перпендикулярен плоскости контура и направлен вверх (см. рисунок).

Пусть внешнее магнитное поле с тече-нием времени уменьшается.

Уменьшение модуля вектора магнитной индукции вызывает уменьшение магнитного потока, охваченного контуром.

Следовательно, индуцированное магнит-ное поле должно совпадать по направлению с внешним магнит-ным полем.

Поставим правый винт параллельно силовым линиям внешнего магнитного поля.

Поскольку индуцированное магнитное поле должно совпадать по направлению с внешним, будем вращать правый винт так, чтобы он двигался по направлению силовых линий внешнего магнитного поля. В данном случае его необходимо вращать против часовой стрелки.

Таким образом, в рассмотренном случае индукционный ток направлен против часовой стрелки.