3. Электромагнитная индукция

Опыты Эрстеда доказали, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Фарадей ставит обратную задачу: нельзя ли с помощью магнитного поля получить электрический ток? В 1831 г. он экспериментально решил эту задачу.

Пусть прямой проводник, равномерно движется в однородном магнитном поле. Положительные и отрицательные заряды проводника вместе с ним движутся со скоростью относительно магнитного поля. На них действует сила Лоренца , направленная вдоль проводника (рис. 3.50).

Свободные заряды под действием силы Лоренца сдвигаются и накапливаются на концах проводника. Тем самым наводится разность потенциалов на концах проводника и электрическое поле внутри него. Это поле действует на заряды электрическими силами . Пока электрические силы малы, заряды продолжают перераспределяться, напряженность поля увеличивается. При определенной разности потенциалов на концах проводника электрические силы уравновешиваются силами Лоренца, и перераспределение зарядов прекращается. Силы Лоренца, двигающие заряды вопреки действию электрических сил, имеют не электростатическую природу и являются сторонними.

Наведение э.д.с. на концах проводника, движущегося в магнитном поле, было названо электромагнитной индукцией. Сама э.д.с. называется э.д.с. индукции. Условие постоянства э.д.с. индукции при равномерном движении проводника в однородном магнитном поле

.

Проводник, движущийся в магнитном поле, представляет собой источник тока. Его э.д.с. равна

.

Работа сторонних сил Лоренца на элементе длины и всем проводнике равна

,

.

Итак, на концах линейного проводника, равномерно движущегося в однородном магнитном поле, перпендикулярном проводнику, наводится э.д.с. индукции

.

Эту формулу вывел Фарадей, а смысл знака минус станет ясен из правила Ленца, которое мы рассмотрим ниже.

Если проводник замкнуть системой других проводников (образовать электрическую цепь), то по ней пойдет индукционный ток, направление которого от плюса к минусу во внешней цепи можно установить по правилу правой руки:

если расположить правую руку так, чтобы линии вектора магнитной индукции входили в ладонь, а отогнутый большой палец совпадал с перпендикулярной линиям поля проекцией скорости движения, то остальные четыре пальца укажут направление индукционного тока в источнике (проводнике, движущимся в магнитном поле.

Рассмотрим замкнутый контур, плоскость которого перпендикулярна линиям однородного магнитного поля; одна сторона (перемычка) сделана подвижной и равномерно движется со скоростью (рис. 3.51). Э.д.с. индукции, возникающая в таком контуре, появляется в подвижной части контура и равна

.

Здесь изменение площади, ограниченной контуром ADG, за достаточно малый промежуток времени dt; dФ – изменение магнитного потока сквозь произвольную поверхность, опирающуюся на этот контур, за то же время. Мы получили результат, справедливый не только в данном случае, но он может быть обобщен на широкий круг электромагнитных явлений:

.

Закон электромагнитной индукции Фарадея:

э.д.с. индукции, возникающая в контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через любую поверхность, опирающуюся на данный контур.

Э.д.с. индукции возникает при всяком изменении магнитного потока через любой, даже неподвижный контур. Если контур замкнут, по нему пойдет индукционный ток. Но всякий ток, в том числе и индукционный, порождает магнитное поле, которое будет взаимодействовать с наводящим.

25. Как определяется количество электричества, протекающее в конуре, при изменении через него магнитного потока?