Явление и закон электромагнитной индукции (зэми). Эдс самоиндукции.
В I831 г. M. Фарадей опытным путем установил, что при любом изменении потока ФВ индукции магнитного поля, пронизывающего поверхность, ограниченную замкнутым проводящим контуром, в нем наводится (индуцируется) ЭДС индукции и, пропорциональная быстроте изменения магнитного потока: и dФ/dt.
В 1834 г. Ленц установил правило, согласно которому в замкнутом проводящем контуре ЭДС индукции и порождает индукционный ток Iи такого направления, что созданное им магнитное поле противодействует изменениям магнитного потока, породившего и. Знак минус в формуле показывает, что если магнитный поток возрастает (dФ/dt 0), то Е 0, следовательно, индукционный ток, ослабляя внешнее магнитное поле, будет препятствовать возрастанию магнитного потока. Если магнитный поток убывает (dФ/dt 0), то Е 0, и индукционный ток будет препятствовать убыванию магнитного поля и магнитного потока. Таким образом, знак минус в формуле определяется правилом Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот индукционный ток.
С
учетом правила Ленца
закон электромагнитной индукции
(Фарадея) принимает следующий вид: и
= - dФ/dt - ЭДС
индукции в контуре числено равна и
противоположна по знаку скорости
изменения магнитного потока сквозь
поверхность, натянутую на контур.
Гельмгольц вывел ЗЭМИ, исходя из закона сохранения энергии, рассмотрев перемещение в магнитном поле контура с сопротивлением R, включенного в цепь источника тока с ЭДС .
Энергия источника Idt расходуется на джоулев нагрев I2Rdt и совершение работы IdФ по перемещению контура в магнитном поле, т. е.
Idt = I2Rdt + IdФ I = ( - dФ/dt)/R = ( + и)/R
где изменение магнитного потока при перемещении контура порождает в нем некоторую отрицательную добавку к ЭДС источника тока и представляющую собой ЭДС индукции
и
= - dФ/dt
Возникновение э.д.с. индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется самоиндукцией. Применим к явлению самоиндукции закон Фарадея. Тогда э.д.с. самоиндукции:
S
=
Если контур не деформируется и магнитная проницаемость среды не изменяется, то L= const и
S
=
Знак « - » показывает, что наличие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нем: если ток со временем растет, S 0, т. е. ток самоиндукции направлен навстречу току, обусловленному внешними источниками, и замедляет его возрастание. Если ток убывает, то S 0, и индукционный ток направлен так же, как и убывающий ток в контуре, замедляя его возрастание. Таким образом, контур, обладающий индуктивностью, приобретает некоторую инертность, заключающуюся в том, что любое изменение тока тормозится тем сильнее, чем больше индуктивность контура.