Закон Фарадея

Правило Ленца.

Опыт показывает, что направление индукционного тока в контуре зависит от того, возрастает или убывает магнитный поток, пронизывающий контур, а также от направления вектора индукции магнитного поля относительно контура. Общее правило, позволяющее определить направление индукционного тока в контуре, было установлено в 1833г. Э. X. Ленцем.
Правило Ленца можно наглядно показать с помощью легкого алюминиевого кольца (рис. 3).

Закон Фарадея можно сформулировать еще таким образом: э.д.с. электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

Этот закон является универсальным: э.д.с. не зависит от способа изменения магнитного потока.

Э.д.с. электромагнитной индукции выражается в вольтах. Действительно, учитывая, что единицей магнитного потока является вебер (Вб), получим

Если проводник (подвижная перемычка контура рис. 4) движется в постоянном магнитном поле, то сила Лоренца, действующая на заряды внутри проводника, движущиеся вместе с проводником, будет направлена противоположно току, т.е. она будет создавать в проводнике индукционный ток противоположного направления (за направление электрического тока принимается движение положительных зарядов).

Таким образом, возбуждение э.д.с. индукции при движении контура в постоянном магнитном поле объясняется действием силы Лоренца, возникающей при движении проводника. Согласно закону Фарадея, возникновение э.д.с. электромагнитной индукции возможно и в случае неподвижного контура, находящемся в переменном магнитном поле. Однако сила Лоренца на неподвижные заряды не действует, поэтому в данном случае ею нельзя объяснить возникновение э.д.с. индукции.

Максвел для объяснения э.д.с. индукции в неподвижных проводниках предложил, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в проводнике. Циркуляция вектора Е_В этого поля по любому неподвижному контуру L проводника представляет собой э.д.с. электромагнитной индукции:

Заключение.

Таким образом, явление электромагнитной индукции заключается в появлении (наведении) в проводящем контуре, находящемся в магнитном поле, электродвижущей силы в случае изменения величины магнитного потока, проходящего через поверхность, ограниченную этим контуром. Явление электромагнитной индукции широко используется в различных электрических машинах и устройствах. На этом принципе основано устройство электрических генераторов, двигателей и трансформаторов. Сущность же явления электромагнитной индукции в том, что переменное магнитное поле всегда порождает в окружающем пространстве электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Как известно, электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. Связь магнитного поля с током привела к многочисленным попыткам возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Эта фундаментальная задача была блестяще решена в 1831 году английским физиком М.Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции. Оно заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного. Сам по себе электрический ток возникнуть не может, следовательно, в описанной ситуации в контуре возникает электродвижущая сила (Э.Д.С.) индукции. В результате многочисленных опытов М.Фарадей установил, что Э.Д.С. индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего поверхность, натянутую на контур. В 1833 г. Э.Х.Ленц сформулировал "правило Ленца", согласно которому Э.Д.С. индукции вызывает ток такого направления, чтобы препятствовать причине его возникновения. Сегодня это правило обосновывают несколькими путями, и с помощью понятия "устойчивая термодинамическая система" (принцип Ле-Шателье-Брауна), и с помощью электромеханических методов (сила Ампера, работа по перемещению проводника с током в пространстве). Э.Д.С. индукции можно использовать при расчете переменных процессов в сложных цепях электрического тока. Предполагается, что правила Кирхгофа остаются в силе и в условиях применимости соотношения. Правило использования соотношения состоит в следующем: Э.Д.С. индукции на участке цепи с индуктивностью L направляют по току J, направление которого предварительно задано произвольно. Сумма Э.Д.С. по замкнутому контуру включает в себя и Э.Д.С. индукции, определенную соотношением.

Источники:

1. Википедия (ссылка http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F)

2. AllPhysics.ru (ссылка http://allphysics.ru/kurs-fiziki/yavlenie-elektromagnitnoi-induktsii)

3. E-science.ru (ссылка http://e-science.ru/physics/theory/?t=35)

4. Principact.ru (ссылка http://principact.ru/content/view/184/)

5. Кафедра ТЭФ, КМФ (ссылка http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=218)

Дата добавления: 2014-01-07