3.2 Закон Фарадея-Ленца.

Під час проведення дослідів з електромагнітної індукції можна помітити, що стрілка гальванометра, залежно від напрямку руху магніту, відхиляється то в один, то в інший бік, що свідчить про різні напрямки індукційного струму (мал.2.1.).

Російський вчений Ленц застосував до явища електромагнітної індукції закон збереження і перетворення енергії і сформулював правило, користуючись яким, можна визначити напрям індукційного струму.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Правило Ленца формулюється так: індукційний струм, що виникає в замкненому контурі, своїм магнітним полем протидієзміні потоку зовнішнього магнітного поля, який створює цей струм.

Застосуємо це правило до закону електромагнітної індукції. На мал.2.1. зображено замкнений контур. За додатній напрям обходу контуру в розглядуваному випадку виберемо напрям, протилежний до руху стрілки годинника. Нормаль до контуру  утворюють за допомогою правого свердлика та додатного напряму обходу контра.  Нехай магнітна індукція  напрямлена вздовж нормалі до контуру і зчасом зростає, тобто це саме математично можна записати  

 і .

Згідно з правилом Ленца, індукційний струм створює магнітний потік . Силові лінії магнітного поля індукційного струму зображено намал.2.2 пунктиром. Отже, індукційний струм  згідно з правилом свердлика

 

 

 

 

 

 

 

 

напрямлений за рухом стрілки годиника (проти напряму додатного обходу контура) і ЕРС індукції від'ємна. Тому в рівнянні електромагнітноїіндукції має стояти знак мінус, який вказує, що  і    мають різні знаки:

.

Якщо в з'єднаних послідовно контурах відбуваються однакові зміни магнітного потоку, то ЕРС індукції в них дорівнює сумі ЕРС індукціїв кожному із контурів. Тому, якщо змінюється магнітний потік у котушці, що складається із N однакових витків провідника, загальна ЕРСіндукції буде в N разів більшою від ЕРС індукції в окремому контурі:

.                                  (2.1.)

Аналізуючи вище описані явища та результати цих явищ, можна дійти до висновку, що під час будь-якої зміни магнітного поля впросторі виникає електричне поле, яке приводить в рух вільні носії заряду в контурі, викликаючи появу індукційного струму. Таке електричне поле називають вихровим.

Робота сил вихрового електричного поля по переміщенню електричних зарядів називається  роботою сторонніх сил, виконується ця робота під дією ЕРС індукції.

Явище електромагнітної індукції спостерігається і в тих випадках, коли магнітне поле не змінюється з часом, а змінна потоку магнітного поля  відбувається через рух провідника в цьому полі. В такому випадку причиною виникнення ЕРС індукції буде не вихровеелектричне поле, а сила Лоренца.

Розглянемо це на прикладі руху провідника в магнітному полі. Нехай провідник довжиною , що рухається зі швидкістю  перпендикулярно до ліній індукції однорідного магнітного поля , за час він переміститься на відстань , описавши поверхнюплощею .

Враховуючи, що за цих умов потік магнітного поля

,

 

та те, що в розглядуваному випадку  отримаємо

.                                       (2.2.)

 

Якщо вектори  і  розміщені під кутом  один до одного, то проводячи аналогічні міркування, матимемо

.

Напрям індукційного струму в рухомому замкненому провіднику можна визначати за правилом правої руки: якщо праву руку розмістити  так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, а великий відігнутий палець показував напрям швидкості руху провідника, то чотири пальці покажуть напрям індукційного струму.