Природа явления электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле

Закон электромагнитной индукции не объясняет природу явления, не объясняет, какие силы заставляют свободные электроны в проводнике совершать направленное движение. В таких случаях физики говорят, что закон носит феноменологический характер. Сами по себе магнитные силы не могут разгонять электроны проводимости в проводнике. Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряженной частицы и не может совершать работу по разгону частицы. Поэтому можно предположить, что электроны в неподвижном проводнике приводятся в направленное движение электрическим полем, которое порождается переменным магнитным полем. К такому выводу впервые пришел Дж. Максвелл. На основе этого вывода Максвелл разработал современную теорию электромагнитного поля, законы этой теории являются фундаментальными законами физики.

Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет совсем другую природу, чем электростатическое поле. Оно не связано непосредственно с электрическими зарядами, силовые линии этого поля не начинаются и не заканчиваются на электрических зарядах и представляют собой замкнутые линии, подобные линиям магнитной индукции. Поэтому это поле называется вихревым электрическим полем (рис13.2).

При движении незамкнутого проводника в магнитном поле на его концах появляется разность потенциалов, которую часто называют ЭДС индукции и рассчитывают по формуле (13.2), при этом ∆ Ф – магнитный поток через поверхность, которую покрывает проводник при своем движении за время ∆ t (пересеченный проводником магнитный поток). В результате для прямолинейного проводника, движущегося в однородном магнитном поле, получается удобная для расчетов формула:

, (13.3)

где U – напряжение или разность потенциалов на концах проводника; l – длина проводника; v – скорость проводника; α – угол между вектором и вектором . Предлагаем эту формулу вывести самостоятельно, используя формулу (13.2).

При движении проводника физической причиной возникновения разности потенциалов является сила Лоренца, действующая на свободные носители тока, перемещающиеся в магнитном поле вместе с проводником со скоростью . На рис.13.3 представлен металлический проводник, в котором носителями тока являются электроны. Применяем правило левой руки для отрицательно заряженной частицы. Сила Лоренца направлена вниз вдоль проводника и является сторонней силой, работа которой

. (13.4)

Из формулы (13.4) легко получается формула (13.3).

Дата добавления: 2014-01-04