II Семестр.

1)Магнитный поток. Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея для электромагнитной индукции. Правило Ленца. Вихревые токи(токи Фуко).

Магнитным потоком(потоком вектора В магнитной индукции) сквозь малую поверхность площадью dS называется физическая величина:

dФ = BdScosα , где α – угол между вектором В и нормалью к площадке dS.

Магнитный поток сквозь произвольную поверхность S равен интегралу от BdS.

Если магнитное поле однородно, а поверхность S плоская, то магнитный поток равен Ф = BScosα (см. рис). Единица измерения – [Вб] = [Тл*м^2]– Вебер.

Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля: магнитный поток сквозь произвольную замкнутую поверхность равен нулю.

Это уравнение входит в одно из четырех уравнений Максвелла(вопрос 5).

Магнитный поток через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, называется потокосцеплением и обозначается буквой ψ. Например потокосцепление катушки из N витков будет равно: ψ = N*Ф Это Общий магнитный поток, сцепляющийся со всеми витками катушки.

Английский физик М. Фарадей проводил опыты в 1831 г. В результате которых им было открыто явление электромагнитной индукции.

Фарадей поставил перед собой задачу, которая исходила из его знаний о том, что между электрическими и магнитными явлениями существует тесная взаимосвязь. И если вокруг проводника с током возникает магнитное поле, то почему бы электрическому току не возникнуть в замкнутом проводнике, если его внести в магнитное поле?

Одним из его опытов был опыт, в котором он вдвигал в катушку индуктивности полосовой магнит. При этом в катушке появлялся некий ток, который он назвал индукционным. (Iинд = ξ инд/R) Этот ток возникает при изменении магнитного потока среды, т.е. при внесении магнита. Направление индукционного тока зависело от того, каким полюсом вдвигался магнит, и всегда было выбрано так, чтобы магнитное поле самого инд. тока противостояло изменению внешнего магнитного поля. Явление возникновения индукционного тока при изменении магнитного потока в магнитном поле и получило название электромагнитной индукции.

Индукционный ток в замкнутой цепи может возникнуть только под действием сторонних сил. Соответствующая им э.д.с. называется электродвижущей силой электромагнитной индукции ξ инд.

Закон Фарадея: э.д.с. электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на контур. ξ инд = - dФ/dt.

Ленц исследовал связь между направлением индукционного тока и характером изменения вызвавшего его магнитного потока. Он установил след. Правило Ленца:

При всяком изменении магнитного потока через замкнутый контур, в нем возникает индукционный ток такого направления, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока.

Иными словами, индукционный ток всегда направлен так, чтобы уничтожить причину, его порождающую.

Индукционные токи возникают не только в замкнутых проводниках, поперечные сечения которых малы по сравнению с их длиной, но и в массивных проводниках.

Индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при их движении в магнитном поле или под влиянием переменного магнитного поля, называются вихревыми токами или токами Фуко.

Сила вихревого тока удовлетворяет соотношению Iинд = ξ инд/R, так же как и для простого инд. тока. Вихревые токи вызывают сильное нагревание проводников и приводят к большим потерям энергии. Такие токи используются в электрических машинах и трансформаторах.

На вихревые токи, возникающие в массивных проводниках при их движении в магнитном поле, действуют силы Ампера. В согласии с правилом Ленца вихревые токи имеют такое направление, что действующие на них силы Ампера должны тормозить движение проводника.