Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции

если проводящий контур находится в переменном магнитном поле, то в контуре возникает индуцированное электрическое поле, характеристикой которого является электродвижущая сила индукции. В проводящем замкнутом контуре в этих условиях возникает электрический ток, называемый индукционным током, а само явление называется электромагнитной индукцией.

Явление электромагнитной индукции было обнаружено Фарадеем опытным путем. В основе опытов Фарадея лежала идея о тесной взаимосвязи электрических и магнитных явлений. Если вокруг проводников с токами возникает магнитное поле, то должно существовать и обратное явление — возникновение электрического тока в замкнутом проводнике под действием магнитного поля. Фарадей показал, что в замкнутых проводящих контурах, находящихся в переменном магнитном поле, возникает электрический индукционный ток независимо от того, как достигается изменение во времени магнитного потока сквозь площадь поверхности, ограниченной контуром. Магнитный поток, пронизывающий площадь поверхности контура, может изменяться с течением времени благодаря деформации или перемещению контура во внешнем магнитном поле, а также потому, что индукция магнитного поля может быть переменной.

Закон электромагнитной индукции: э.д.с. электромагнитной индукции ε_i в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь площадь поверхности, ограниченной этим контуром:

Сила индукционного тока I_i в замкнутом проводящем контуре с сопротивлением R: .

ε_i считается положительной, если магнитный момент соответствующего ей индукционного тока I_i в контуре образует острый угол с линиями магнитной индукции того поля, которое наводит этот ток. На рис. 11 изображены случаи положительной (а) и отрицательной (б) ε_i.

Направление вектора плотности индукционного тока в прямолинейном проводнике, движущемся в магнитном поле, определяется правилом правой руки: если ладонь правой руки расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а отставленный на 90° большой палец совпадал с направлением перпендикулярной к проводнику составляющей его скорости, то вытянутые четыре пальца укажут направление вектора (рис. 12).

Знак минус в законе э.д.с. индукции выражает правило Ленца: индукционный ток в замкнутом контуре имеет всегда такое направление, чтобы магнитный поток поля, созданного этим током, сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока.

На рис. 13 указаны по правилу Ленца направления индукционных токов в катушке, вызванных перемещением магнита.

При движении отрезка проводника длиной l со скоростью υ в стационарном однородном магнитном поле э.д.с. электромагнитной индукции в проводнике равна ε_i. = Blυ sin a,

где В — модуль вектора магнитной индукции, а — угол между векторами и .

При движении проводника в магнитном поле на его положительные и отрицательные заряды действует сила Лоренца. Под действием силы Лоренца в проводнике происходит разделение зарядов: положительные и отрицательные заряды накапливаются на противоположных концах проводника. Эти заряды создают внутри отрезка проводника кулоновское поле. Перемещение зарядов под действием силы Лоренца будет происходить до тех пор, пока сила, действующая на заряд в кулоновском поле, не уравновесит силу Лоренца

F_л = qBυ sin a.

Переменное магнитное поле вызывает появление индуцированного вихревого электрического поля. Это фундаментальное положение электродинамики установлено Максвеллом как обобщение закона электромагнитной индукции Фарадея. Если к неподвижному замкнутому проводящему контуру, приближается постоянный магнит, то в контуре возникает индукционный ток I _i (рис.14). Причиной, вызывающей упорядоченное перемещение зарядов, является индуцированное электрическое поле, в котором на положительные и отрицательные заряды проводящего контура действуют силы, приводящие к их разделению и появлению э.д.с. индукции.

Свойства индуцированного электрического поля:

а) индуцированное электрическое поле не является кулоновским полем. Оно создается не зарядами, распределенными в пространстве, а переменным магнитным полем;

б) индуцированное электрическое поле, подобно магнитному полю, является вихревым и непотенциальным полем. Работа, совершаемая в этом поле при перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи, не равна нулю и численно равна э.д.с. индукции в замкнутом проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле.

Дата добавления: 2014-01-11