ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока

Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, охватываемого этим контуром, называется электромагнитной индукцией.

Было открыто Джозефом Генри (наблюдения выполнены в 1830г., результаты опубликованы в 1832г.) и Майклом Фарадеем (наблюдения выполнены и результаты опубликованы в 1831г.).

Эксперименты Фарадея проводились с двумя вставленными друг в друга катушками (наружная катушка постоянно подсоединена к амперметру, а внутренняя, через ключ, - к батарее). Индукционный ток в наружной катушке наблюдается:

- при замыкании и размыкании цепи внутренней катушки, неподвижной относительно наружной (рис. а);

-при перемещении внутренней катушки с постоянным током относительно наружной (рис. б);

- при перемещении относительно наружной катушки постоянного магнита (рис. в).

Фарадей показал, что во всех случаях возникновения индукционного тока во внешней катушке меняется магнитный поток через нее. На рис. внешняя катушка изображена одним витком. В первом случае (рис. а) при замыкании цепи по внутренней катушке идет ток, возникает (меняется) магнитное поле и соответственно магнитный поток через внешнюю катушку. Во втором (рис. б) и третьем (рис. в) случаях магнитный поток через внешнюю катушку меняется за счет изменения в процессе движения расстояния от нее до внутренней катушки с током, или до постоянного магнита.

В 1834 г. Эмилий Христианович Ленц экспериментально установил правило, позволяющее определить направление индукционного тока: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей; индукционный ток всегда имеет такое направление, что приращение созданного им магнитного потока и приращение магнитного потока, вызвавшее этот индукционный ток, противоположны по знаку. Это правило носит название правило Ленца.

Закон электромагнитной индукции можно сформулировать в следующем виде: эдс электромагнитной индукции в контуре равна взятой со знаком минус скорости изменения со временем магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром

ε_i

Здесь dФ = - скалярное произведение вектора магнитной индукции и вектора участка поверхности . Вектор , где - единичный вектор () нормали к бесконечно малому участку поверхности площадью .

Знак минус в выражении связан с правилом выбора направления нормали к контуру, ограничивающему поверхность, и положительным направлением обхода по нему. В соответствии с определением магнитный поток Ф через поверхность, площадью S

Ф =

зависит от времени, если со временем меняется: площадь поверхности S;

модуль вектора магнитной индукции B; угол между векторами и нормалью .

Если замкнутый контур (катушка) состоит из витков, то суммарный поток через поверхность, ограниченную таким сложным контуром, называется потокосцеплением и определяется как

Ψ = ,

где Ф_i – магнитный поток через i виток. Если все витки одинаковые, то

Ψ = NФ,

где Ф - магнитный поток через любой виток. В этом случае

ε_i .

Будем считать, что закон Ома для замкнутой цепи, определенный для постоянного тока, применим и для переменного тока. Тогда индукционный ток в контуре, имеющем сопротивление R, равен

.

Выражение позволяет определить не только величину, но и направление индукционного тока. Если значения эдс и, следовательно, индукционного тока, положительные величины, то ток направлен вдоль положительного направления обхода по контуру, если отрицательные – в противоположную сторону (направление положительного обхода определяется при выборе нормали к поверхности, ограниченной контуром)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: