Явище електромагнітної індукції
Явищем електромагнітної індукції називається виникнення електричного струму в замкнутому провідному контурі при зміні в часі магнітного потоку, який пронизує контур. Воно було відкрите видатним англійським фізиком М. Фарадеєм в 1831 році в серії дослідів.
Досліди Фарадея.
В
Рис. 4.10.1. Рис. 4.10.2. br/>
Досвід 1 (рис. 4.10.1). На немагнітний стрижень З намотані два довгих шматка ізольованого мідного дроту. Кінці одного через ключ К приєднані до джерела струму І, утворюючи контур 1, а кінці іншого - до гальванометра Г, утворюючи контур 2. При замиканні ключа К стрілка гальванометра злегка відхилялася, потім швидко поверталася в початкове положення. p> Фарадей назвав струм, що виникає в ланцюзі 2, індукційним струмом. Фарадей також помітив, що при замиканні і розмиканні ключа напрямки індукційного струму в контурі 2 були протилежними. Разом з тим Фарадея спантеличила короткочасність даного явища. Також цей досвід не давав відповіді на питання, що є причиною виникнення індукційного струму: зміна струму в контурі 1 або зміна магнітного поля, що виникає при замиканні ключа. p> Досвід 2 (рис. 4.10.2). Котушка До з мідного дроту підключена до гальванометра Г. Магніт всувають всередину котушки і висувають з неї, в результаті в ланцюзі виникає індукційний струм. Напрямок індукційного струму залежить від того, яким полюсом звернений магніт, а також видаляється він від котушки або наближається до неї. p> Основний висновок, який зробив Фарадей в результаті своїх дослідів, наступний: при зміні магнітного потоку в контурі виникає ЕРС, яка і призводить до появи індукційного струму. Величина ЕРС індукції визначається із закону електромагнітної індукції. p> Закон електромагнітної індукції Фарадея. При будь-якій зміні магнітного потоку, крізь поверхню, натягнуту на деякий контур, в контурі виникає ЕРС електромагнітної індукції, пропорційна і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку. p> У СІ коефіцієнт пропорційності в законі електромагнітної індукції дорівнює 1, в результаті цей закон можна записати у вигляді:
, (4.10.1)
де - магнітний потік через контур, який визначається за формулою (4.9.12).
Наявність знака В«мінусВ» у законі електромагнітної індукції пов'язане з напрямком індукційного струму, яке можна знайти за допомогою правила Ленца (1833 р.).
Правило Ленца. Індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, має такий напрямок, при якому створений ним потік магнітної індукції через майданчик обмежену контуром, прагне компенсувати то зміна потоку магнітної індукції, яке викликає даний струм. p> Розглянемо застосування цього правила на прикладі приладу Ленца (рис. 4.10.3).
В
Рис. 4.10.3. br/>
Стрічка і два алюмінієвих кільця врівноважені на вістрі. Одне кільце - суцільне, а інше з розрізом. Якщо всувати або висувати магніт в розрізане кільце, то кільце рухатися не буде, тому що в ньому не виникає індукційного струму (хоча ЕРС індукції при цьому виникає). p> Індукційний струм буде виникати в суцільному кільці, якщо всувати в нього магніт. Якщо полюса магніту розташовані так, як зображено на рис. 4.10.3, то відповідно до правила Ленца при збільшенні магнітного потоку крізь кільце напрям нормалі n буде протилежним напрямку ліній магнітної індукції. Напрямок нормалі однозначно задає напрям індукційного струму. В результаті чого кільце буде відштовхуватися. Якщо змінити полюса магніту, результат залишиться тим самим. При висуванні магніту кільце притягається, незалежно від полюсів магніту. p> З аналогічним властивість перешкоджати всякому впливу ми вже стикалися раніше в механіці. Це властивість називається інертністю. Т.ч. правило Ленца говорить про інертність магнітного поля.
Правило Ленца відображає той експериментальний факт, що ЕРС індукції і швидкість зміни магнітного потоку завжди мають протилежні знаки. Правило Ленца має глибокий фізичний зміст - воно є наслідком закону збереження енергії в електромагнітних процесах. Енергія індукованого електричного струму в контурі може йти на нагрівання провідників, перетворюватися в механічну енергію рухомих провідників і т.д.
Зміна магнітного потоку, який пронизує замкнутий контур, може відбуватися з різних причин. Наприклад, внаслідок переміщення, обертання або деформації контуру або його частин у постійному в часі магнітному полі. У разі нерухомого контуру магнітний потік може змінюватися, якщо магнітне поле змінюється в часі. p> Розглянемо докладніше деякі з цих причин.
. Природа ЕРС, що виникає в провіднику, що рухається в постійному магнітному полі. br/>В
Рис. 4.10.4. br/>
Розглянемо прямий провідник, який рухається з постійною швидкістю v в однорідному магнітному полі індукцією B (рис. 4.10.4). Позитивні і негативні вільні заряди рухаються разом з провідником зі швидкістю v відносно магнітного поля. ...
