10.1. Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея

Электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. После опытов Эрстеда предпринимались многочисленные попытки возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Эта задача была решена в 1831 году английским физиком М. Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции.

Электромагнитной индукцией называется возникновение электродвижущей силы в проводнике при его перемещении в магнитном поле либо в замкнутом проводящем контуре вследствие его движения в неоднородном магнитном поле или изменения самого поля. Эта электродвижущая сила называется электродвижущей силой электромагнитной индукции. Под ее влиянием в замкнутом проводнике возникает индукционный электрический ток.

Опыты Фарадея

Опыт 1. Если в замкнутый на гальванометр соленоид вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания наблюдается отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток). Направления отклонений стрелки при вдвигании и выдвигании магнита противоположны. Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. При изменении полюсов магнита направление отклонения стрелки изменится. Для получения индукционного тока магнит можно оставлять неподвижным, а соленоид передвигать относительно магнита.

Опыт 2. Концы одной из катушек, вставленных одна в другую, присоединяются к амперметру, а через другую катушку пропускается ток. Отклонение стрелки амперметра наблюдается в моменты включения или выключения тока, в моменты его уменьшения или увеличения или при перемещении катушек друг относительно друга. Направление отклонений стрелки амперметра также противоположны при включении и отключении тока, его уменьшения и увеличения, сближения и удаления катушек.

Выводы из опытов Фарадея:

1. Удалось в контуре возбудить ток с помощью магнитного поля.

2. Индукционный ток возникает всегда при изменении сцепленного с контуром магнитного потока.

3. Величина индукционного тока не зависит от способа изменения магнитного потока, а определяется скоростью его изменения.

Значение опытов Фарадея:

1. Была доказана возможность получения электрического тока с помощью магнитного поля.

2. М.Фарадей получил количественную связь электрических и магнитных явлений: всякий раз, когда происходит изменение сцепленного с контуром магнитного потока, в контуре возникает индукционный ток: возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой электродвижущей силой электромагнитной индукции.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея-Максвелла): ЭДС электромагнитной индукции в контуре пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:

. (1)

При этом несущественно, чем именно вызвано изменение магнитного потока – деформацией контура, его перемещением в магнитном поле или изменением самого поля с течением времени. Таким образом, универсальность закона состоит в том, что ЭДС не зависит от способа изменения магнитного потока.

Знак «» показывает, что увеличение потока ( вызывает ЭДС , т.е. магнитное поле индукционного тока направлено навстречу магнитному потоку. Уменьшение потока ( вызывает ЭДС , т.е. направление магнитного потока и магнитного поля индукционного тока совпадают.

Знак «» в законе Фарадея-Максвелла – математическое отражение правила Ленца (правило для нахождения направления индукционного тока): при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на замкнутый контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему индукционный ток, или: возникающий в контуре индукционный ток имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.

Направление магнитной индукции поля индукционного тока и направление индукционного тока подчиняются правилу правого винта. (рис. 10.1)

Рис. 10.1