движения поля фазовый сдвиг между ЭДС в противоположных сторонах рамки близок к нулю и суммарная мгновенная ЭДС не возникает). Различие в результатах становится заметным, когда расстояние l от провода до рамки в 10-20 раз меньше, чем длина стороны а рамки.

§ 4.6. Простые и удивительные опыты с индукцией

Мы предлагаем вам проделать самостоятельно несложный опыт с электромагнитной индукцией, с тем чтобы вы убедились, что само по себе равенство нулю магнитного поля в какой-либо области пространства никак не влияет на явления индукции. С точки зрения традиционных физических воззрений это представляется, по меньшей мере, странным, поскольку отсутствие магнитного поля означает отсутствие потока. А отсутствие потока означает отсутствие явлений электромагнитной индукции согласно (4.1). Рассмотрим рис. 4.5, на котором вместо одной рамки используются две идентичные и последовательно включённые в источник переменного напряжения, а вместо бесконечного проводника с током – рамка конечных размеров, расположенная в плоскости, перпендикулярной плоскости первых двух (индуцирующих) рамок и проходящая ровно посредине между ними. Эта плоскость именуется плоскостью Кулона. В ней поле индуцирующих рамок всегда тождественно равно нулю просто из геометрии задачи. Таким образом, наша третья рамка расположена так, что каждый участок её провода находится в месте, где магнитного поля первых двух рамок нет. Скажите до начала опыта, будет ли в третьей (приёмной) рамке наводиться какая-либо ЭДС, если мы подключим первые две рамки к источнику переменного напряжения (или тока)?

Оказывается, будет. Более того, в ней будет наведена ЭДС удвоенная, по сравнению с ЭДС от одной рамки, при условии, что величина тока будет одинаковой в обоих случаях. Как же так, ведь приёмная рамка располагалась в плоскости Кулона, где нет магнитного поля индуцирующих рамок!?

Рис. 4.5. Опыт с индукцией в плоскости Кулона.

С точки зрения сторонников классического закона индукции Фарадея придётся признать, что индукция создана не локальным полем, в котором расположены проводники приёмной рамки (оно нулевое!), а всем полем, в том числе и вне плоскости Кулона. Здравый ответ, вот только не может закон Фарадея объяснить, каким же именно образом

117

поле там повлияло на ток здесь, причём через ничто, через область отсутствия всякого поля. Остаётся развести руками и сослаться на волю Божью. По нашим же представлениям, равенство нулю вектора индукции магнитного поля вовсе ничего не означает, поскольку и самого магнитного поля, вообще говоря, нет. Реально существуют лишь движущиеся заряды, т.е. токи в индуцирующих рамках. А они-то как раз никуда и не девались в данной задаче. Если мы рассмотрим взаимоиндукцию между приёмной рамкой и каждым из проводов индуцирующих рамок, то мы увидим, что хотя «магнитное поле» двух этих рамок и «исчезает» в плоскости Кулона, но силовое действие движущихся электрических полей элементарных зарядов, составляющих ток, складывается. Это происходит потому, что хотя токи в ближних сторонах рамки (вносящих главный вклад в индукцию) противонаправлены, но и расположены они по разные стороны от приёмной рамки. Движущееся «магнитное поле» от каждой ближней стороны индуцирующих рамок пересекает проводник приёмной рамки и создаёт силу Лоренца, действующую на электроны. Если внимательно посмотреть на направление магнитных полей и на векторы скоростей, то увидим, что силы Лоренца, создаваемые каждой из индуцирующих рамок, одинаковы по величине и направлению. Они складываются, и суммарная «кажущаяся ЭДС» оказывается удвоенной, по сравнению со случаем одной индуцирующей рамки. Значит, в реальности никто никуда не исчезал, в полном соответствии с принципом неуничтожимости материи.

Второй опыт также весьма прост: возьмите примерно 10-20 метров сдвоенного коаксиального провода (кабеля). Такой кабель часто используется в электроакустическом оборудовании. Зачистите концы кабеля так, чтобы освободить от изоляции как центральные жилы, так и оплётки. Затем соедините на одном конце кабеля центральные жилы, а на другом обе оплётки. Подсоедините к неспаянным оплёткам электронный трансформатор для галогенных ламп (продаётся в любом магазине электротоваров). На противоположном конце кабеля (где спаяны оплётки каждого из двух коаксиальных проводов) к двум несоединённым между собой центральным жилам подключите нагрузку (например, лампочку на 1, 1.5 или 2 вольта). Затем включите электронный трансформатор в осветительную сеть. Низковольтная лампочка на другом конце сдвоенного кабеля загорится со средней яркостью. Теперь можете поэкспериментировать: намотать кабель в виде катушки. Свечение лампы не изменится. Намотайте кабель на стальной, пермалоевый или ферритовый сердечник. Ничего не изменится. Растяните кабель на всю длину. Ничего не изменится. Убедитесь теоретически или измерьте практически (если есть возможность), что на оси трубчатого проводника с равномерно протекающим по нему током создаваемое этим током магнитное поле всегда равно нулю. В вышеописанном «безындуктивном трансформаторе» первичной обмоткой служит оплётка кабеля, а вторичной – вложенная в оплётку центральная жила. Магнитное поле оплётки в месте прохождения центральной жилы равно нулю. И, тем не менее, вы воочию видите, что это никоим образом не мешает индукции работать, создавая ЭДС и ток во вторичной оплётке и зажигая лампочку, Вы можете даже сделать следующее: сложите кабель пополам посредине. Зажав пальцами место сгиба, намотайте таким «счетверённым кабелем» катушку. Намотать можно на деревянный, пластмассовый, металлический сердечник. На что угодно. Такой способ намотки называется «бифилярным». При таком способе индуктивность обмотки практически отсутствует. И всё равно, как заговорённая, лампочка будет продолжать светиться с той же силой, что и раньше.

Литература

1.Т.И.Трофимова. Курс физики. 9-е издание. М.: Издательский центр «Академия», 2004 г.

2.Б. М. Яворский, Ю. А. Селезнев. Справочное руководство по физике. Для поступающих в вузы и для самообразования. М.: «Наука», 1989 г.

118

3.Научно-образовательный Центр ФТИ им.А.Ф.Иоффе http://link.edu.ioffe.ru/physica5/14

4.Униполярная индукция. Википедия. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BD%D0%B8%D0%BF%D0%BE%D0%B B%D1%8F%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1 %83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F

5.Розенбергер Ф. История физики. - М.; Л.: ОНТИ, 1937.

6.Гальвани А., Вольта А. Избранные работы о животном электричестве. - М.; Л.:

ОГИЗ, 1937.

7.Белькинд Л. Д. Андре-Мари Ампер. М.: Наука, 1968.

8.Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.: Наука, 1978.

9.Золотухин В.А. О природе электромагнетизма. http://www.ntpo.com/physics/opening/25.shtml

10.Николаев Г.В. Современная электродинамика и причины ее парадоксальности. Экспериментальные парадоксы электродинамики. http://bourabai.narod.ru/nikolaev/electro05.htm

119