§3 Объяснение природы электромагнитной индукции

Для того, чтобы разобраться в причинах возникновения явления электромагнитной индукции рассмотрим два случая: 1) контур движется в постоянном магнитном поле; 2) контур покоится в переменном магнитном поле.

КОНТУР ДВИЖЕТСЯ В ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Возникновение индукционного тока свидетельствует о том, что изменяющееся во времени магнитное поле вызывает в контуре появление сторонних сил.

При движении проводника (подвижной перемычки) в постоянном магнитном поле со скоростью , на электроны внутри проводника действуют сила Лоренца под действием которой возникает направленное движение электронов со скоростью – это и есть индукционный ток. Перераспределившиеся заряды создадут электрическое поле на концах проводника возникает разность потенциалов, т.е. внутри проводника создается электрическое поле напряженностью . Таким образом, на электрон в проводнике действуют две силы: сила Лоренца, со стороны магнитного поля и сила, действующая со стороны электрического поля . Когда действие этих сил на электрон скомпенсировано, его перемещение по проводнику прекращается.

	(3.1)
	(3.2)
	(3.3)
	(3.4)

Учитывая, что циркуляция вектора по замкнутому контуру дает по определению величину ЭДС индукции, получаем:

	(3.5)
	(3.6)
	(3.7)

Таким образом, возникновение индукционного тока при движении контура (или его частей) объясняется действием силы Лоренца, которая возникает при движении проводника в магнитном поле.

КОНТУР ПОКОИТСЯ В ПЕРЕМЕННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

В случае неподвижного контура сила Лоренца не действует, т.к. заряд в проводнике неподвижны. Однако возникновение индукционного тока в неподвижном контуре свидетельствует о том, что изменяющееся во времени магнитное поле вызывает в контуре появление сторонних сил. Для объяснения явления электромагнитной индукции Дж. Максвелл предположил, что всякое изменяющееся во времени магнитное поле приводит к появлению в пространстве электрического поля независимо от наличия проводящего контура. Последний лишь позволяет обнаружить по возникновению в нем индукционного тока существование этого поля.

Циркуляция вектора напряженности возникшего электрического поля напряженностью по любому неподвижному контуру определяется как

	(3.8)
	(3.9)
	(3.10)

Таким образом, закон электромагнитной индукции (2.7) справедлив когда магнитный поток меняется за счет движения контура или за счет изменения магнитного поля, или за счет того и другого. Несмотря на то, что для объяснения механизма возникновения причин появления индукционного тока использовались разные явления: для движущегося контура (или его частей) – действие силы Лоренца; для меняющегося во времени поля – возникновение вихревого электрического поля – явление электромагнитной индукции воспринимается как их совместный эффект.