1.8. Электромагнитная индукция. Взаимосвязь электрических и магнитных полей.

Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками — электрическими зарядами. Поэтому можно было предположить, что между этими полями существует определенная связь. Это предположение нашло экспериментальное подтверждение.

Когда в 1820 г. Эрстед впервые обнаружил, что магнетизм может быть получен электрическим током, вдохновлённый новизнойидеи Майкл Фарадей задумался об обратном процессе — превращении магнетизма в электрический ток. Поставленную задачу превращения магнетизма в электричество Фарадей зафиксировал в своем дневнике в 1821 г. С тех пор он, не переставая, думал об этом.

Как часто бывает в истории науки, новые идеи приходят не только к одному ученому. Так было и с идеей получения электричества с помощью магнетизма. Практически одновременно над проблемой бились Фарадей и другие ученые. Швейцарский физик Жан-Даниэль Колладон (1802-1893 гг.) также пытался получить электрический ток с помощью магнита. При работе он пользовался гальванометром. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку гальванометра, концы катушки, в которую Колладон вдвигал магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату. Вдвинув магнит в катушку, Колладон направлялся в комнату, где находился гальванометр, и с огорчением отмечал, что стрелка гальванометра стояла на нуле, т.е. ток в катушке не возникал. Стоило ему все время наблюдать за гальванометром или попросить кого-либо заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано Колладоном. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит мог лежать преспокойно внутри нее сколь угодно долго, не вызывая в катушке тока.

! Лишь движущийся магнит, создающий изменяющееся магнитное поле, является причиной появления электрического тока.

Вто же время за океаном другой ученый — американецДжозеф Генри (1799-1878 гг.), родившийся, как и Фарадей, в бедной семье и также вынужденный заниматься самообразованием, экспериментальным путем пришел к открытию нового явления. Случилось это за год до открытия Фарадея, но в силу жизненных обстоятельств результатов своих Генри не опубликовал.

29 августа 1831 г., ничего не зная об открытии Генри, Фарадей фиксирует появление индукционного тока в замкнутом проводнике, помещенном в переменное магнитное поле. Данное явление Фарадей назвал индукцией тока. (По-русски слово «индукция» означает наведение). Первоначально была открыта индукция неподвижных друг относительно друга токов.

!В замкнутом контуре возникает индукционный ток при изменении числа силовых линий магнитного поля, пронизывающих площадь, ограниченную этим контуром.

!Чем быстрее меняется число линий магнитного поля, тем больше электрический ток.

Причина изменения силовых линий безразлична: это может быть и изменение силы тока, и сближение катушек, и движение магнита.

Возникающий индукционный ток немедленно начинает взаимодействовать с породившим его током или магнитом. Направление индукционного тока определяется с помощью правила Ленца:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которым вызывается данный ток.

Истинный смысл электромагнитной индукции был найден Дж. Максвеллом (1831-1879 гг.). Максвелл развил идеи М. Фарадея, создал теорию электромагнитного поля. Основная часть теории - это уравнения, описывающие законы электромагнетизма, так называемые уравнения Максвелла. Их изучение не входит в рамки нашего курса, следует только заметить, что известные нам законы — Кулона, Ампера являются частными случаями этих уравнений. Уравнения имеют лаконичную форму, на языке высшей математики описывают поведение электрических и магнитных полей. Одно из уравнений имеет такой смысл: изменяясь во времени, переменное магнитное поле порождает вокруг себя электрическое.

Согласно теории Максвелла: переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле; переменное электрическое поле порождает переменное магнитное.

Переменное электрическое и переменное магнитные поля — это две составляющие единого электромагнитного поля. Распространяется электромагнитное поле в пространстве в виде электромагнитных волн со скоростью, равной скорости света в вакууме (3 • 10⁸м/с).

!Источником электромагнитных волн являются электрические заряды, движущиеся с ускорением.

При ускоренном движениивозникающее электромагнитное поле «отрывается» от частицы и начинает существовать самостоятельно в виде электромагнитных волн. Электромагнитные волны могут распространяться не только в среде, но и в вакууме. Векторы напря­женности электрического поля и магнитной индукции в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и вектору скорости распространения волны (рис. 9).

Первоначально существование электромагнитных волн было предсказано теоретически. Примерно через полтора десятка лет немецкий физикГ. Герц (1857-1894 гг.) экспериментально доказал существование электромагнитных волн. Началось изучение свойств электромагнитных волн. Ещё через десяток лет нашлись первые пути их практического применения: была осуществлена беспроводная радиосвязь.