17.1.3 Явление взаимной индукции

Если два проводящих контура расположить неподалёку друг от друга (или надеть на общий ферромагнитный сердечник), то окажется, что при изменении силы тока в одном из контуров, во втором возникнет э. д. с.

Явление возникновения э. д. с. в одном контуре при изменении силы тока в другом называется явлением взаимной индукции.

Сказанное поясняется рисунком 17.3, на котором изображены два контура (А и Б), расположенных в воздухе неподалёку друг от друга. При увеличении силы тока I₁ в контуре А в контуре Б возникает э.д. с. взаимной индукции, причём ток I₂ будет иметь такое направление, чтобы уменьшить магнитной поток, создаваемый током I₁ (см. правило Ленца). Направление протекания тока I₂ и силовые линии создаваемого им магнитного поля рис. 17.3 показаны пунктиром.

Аналогичная картина будет наблюдаться и в случае, если сила тока I₁ будет оставаться неизменной, но контур А мы начнём приближать к контуру Б.

Если Ф_1Б – магнитный поток, создаваемый током I₁ через поверхность, ограниченную контуром Б, то э. д. с. E_Б, возникающая в этом контуре, может быть рассчитана по формуле

E_Б   L_Б1. (17.7)

Множитель L_Б1, входящий в эту формулу, носит название коэффициента взаимной индукции; его величина зависит от магнитных свойств материала среды, в которой находятся контуры А и Б, от их размеров, формы.

Ситуацию можно «обратить»: менять ток I₂ в контуре Б и наблюдать возникновение э. д. с. E_А в контуре А:

E_А   L_А2. (17.8)

В формуле (17.8) Ф_2А – магнитный поток, создаваемый током I₂ через поверхность, ограниченную контуром А, а L_А2 – коэффициент взаимной индукции (в СИ измеряется в генри).

В воздухе L_А2  L_Б1, даже если контуры А и Б разные (например, два соленоида, имеющие неодинаковое число витков N₁ и N₂) однако, если их надеть на общий ферромагнитный (или ферритовый) сердечник, то тогда может оказаться, что L_А2  L_Б1. Возникающее отличие обусловлено зависимостью магнитной проницаемости среды  от напряжённости магнитного поля H, которая, в свою очередь, определяется числом витков в том соленоиде, который создаёт магнитное поле (напомним: внутри длинного тонкого соленоида и тороида B  ₀nI, или H  nI).

Явление взаимной индукции используется в работе трансформаторов: устройств, в которых на общий замкнутый сердечник, изготовленный из ферромагнитного материала, надеты две проволочные катушки-обмотки, содержащие разное (N₁ и N₂) число витков. Если первую катушку (первичную обмотку) подключить к источнику переменной э. д. с. E₁, то в ней возникнет переменный ток I₁, который создаст меняющееся со временем магнитное поле, локализованное внутри сердечника. Переменный магнитный поток, в свою очередь, индуцирует э. д. с. во вторичной обмотке, надетой на этот же сердечник, и если вторичная обмотка разомкнута (такой режим называется режимом холостого хода)

 . (17.9)

Если число витков во вторичной обмотке N₂, больше числа витков в первичной обмотке N₁, трансформатор называется повышающим (E₂  E₁), если N₂  N₁, – понижающим (E₂  E₁).