Применение правила Ленца

Направление индукционного тока определяется по правилу правой руки:

Если поставить правую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, отставленный на 90 градусов большой палец указывал направление вектора скорости, то выпрямленные 4 пальца покажут направление индукционного тока в проводнике.

Направление индукционного тока в замкнутом контуре определяется по правилу Ленца.

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, которым он вызван.

1. показать направление вектора В внешнего магнитного поля;

2. определить увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур;

3. показать направление вектора Вi магнитного поля индукционного тока (при уменьшении магнитного потока вектора В внешнего м.поля и Вi магнитного поля индукционного тока должны быть направлены одинаково, а при увеличениии магнитного потока В и Вi должны быть направлены противоположно);

4. по правилу буравчика определить направление индукционного тока в контуре.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Рис. 1.

Магнитный поток. В однородном магнитном поле, модуль вектора индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол a с направлением вектора магнитной индукции В (см. рис. 1). Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением: Ф = В·S·cos a. Единица измерения магнитного потока в систем СИ - 1 Вебер (1 Вб).

Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции обнаружено в 1831 г. Фарадеем. Оно выражает взаимосвязь электрических и магнитных явлений. Рассмотрим некоторые экспериментальные факты:

постоянный магнит вставляют в катушку, замкнутую на гальванометр, или вынимают из нее. При движении магнита в контуре возникает электрический ток (см. рис. 2).

Аналогичный результат будет иметь место в случае перемещения электромагнита, по которому пропускают постоянный ток, относительно первичной катушки или при изменении тока в неподвижной вторичной катушке.

Рис. 3.

рамку, замкнутую на гальванометр, помещают в однородное магнитное поле и вращают. В рамке возникает электрический ток. Если же рамка движется поступательно, не пересекая силовых линий, то ток в ней не возникает (см. рис. 3).

рамка движется в неоднородном магнитном поле. Число линий индукции, пересекающих рамку, изменяется. В рамке возникает электрический ток (см. рис. 4).

Рис. 4.

Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока, называют индукционным током. Вы знаете, что условием существования электрического тока в замкнутом контуре является наличие электродвижущей силы, поддерживающей разность потенциалов. Следовательно, при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает ЭДС, которую называют ЭДС индукции (e_i). Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией. Если контур замкнут, то ЭДС индукции проявляется в возникновении электрического индукционного тока I = e_i/R, где R- сопротивление контура. Если контур разомкнут, то на концах проводника возникает разность потенциалов, равная e_i. Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца: Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван. Направление индукционного тока определяется следующим образом: 1. установить направление внешнего магнитного поля В. 2. определить увеличивается или уменьшается поток вектора магнитной индукции внешнего поля. 3. по правилу Ленца указать направление вектора магнитной индукции индукционного тока В_i. 4. по правилу правого винта определить направление индукционного тока в контуре.

рис.5

Пример. Виток проводника помещен в неоднородное магнитное поле, созданное движущимся постоянным магнитом (см. рис. 5). Т.к. В нарастает, то вектора В_i и Вантипараллельны. Природа ЭДС индукции заключается в возникновении вихревого электрического поля в любой области пространства, где существует переменное магнитное поле. Закон электромагнитной индукции формулируется следующим образом: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур: e_i= - dФ/dt. Если контур содержит N витков, то e_i= - N·(dФ/dt). ЭДС индукции в движущемся проводнике. Пусть проводник длиной L перемещается со скоростью V в однородном магнитном поле, пересекая силовые линии. Вместе с проводником движутся заряды, находящиеся в проводнике. На движущийся в магнитном поле заряд действует сила Лоренца. Свободные электроны смещаются к одному концу проводника, а на другом остаются нескомпенсированные положительные заряды. Возникает разность потенциалов, которая и представляет собой ЭДС индукцииe_i. Ее величину можно определить, рассчитав работу, совершаемую силой Лоренца при перемещении заряда вдоль проводника: e_i= A/q = F·L/q. Отсюда следует, что e_i= B·V·L·sin a.

Рис. 6.

Самоиндукция является частным случаем разнообразных проявлений электромагнитной индукции. Рассмотрим контур, подключенный к источнику тока (рис. 6). По контуру протекает электрический ток I. Этот ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. В результате контур пронизывается собственным магнитным потоком Ф. Очевидно, что собственный магнитный поток пропорционален току в контуре, создавшему магнитной поле: Ф = L·I. Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура. Индуктивность зависит от размеров, формы проводника, магнитных свойств среды. Единица измерения индуктивности в системе СИ - 1 Генри (Гн). Если ток в контуре изменяется, то изменяется и собственный магнитный поток Ф_с. Изменение величиныФ_с приводит к возникновению в контуре ЭДС индукции. Данное явление называется самоиндукцией, а соответствующее значение - ЭДС самоиндукцииe_iс. Из закона электромагнитной индукции следует, что e_iс = dФ_с/dt. ЕслиL = const,то e_iс= - L·dI/dt.