Существует несколько подходов к определению явления электромагнитной индукции.

Существует несколько подходов к определению явления электромагнитной индукции.

1. Электромагнитная индукция – явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Возникающий в контуре ток называют индукционным.
Явление электромагнитной индукции наблюдается в опыте Фарадея. Если в катушку, соединённую с гальванометром, вдвигать (или выдвигать) постоянный магнит, то стрелка гальванометра будет отклоняться. Значит, в катушке индуцируется электрический ток. Причём, ток будет тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки.

2. Электромагнитная индукция – явление возникновения ЭДС в контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Возникающую в контуре электродвижущую силу называют ЭДС индукции.

3. Электромагнитная индукция – явление возникновения вихревого электрического поля при любом изменении магнитного поля.

Для описания явления электромагнитной индукции введена физическая величина.

Магнитный поток (поток вектора индукции магнитного поля) через плоскую поверхность – произведение модуля вектора магнитной индукции на площадь поверхности и на косинус угла между вектором магнитной индукции и вектором нормали (перпендикуляра) к поверхности.

Рис. 1. Магнитный поток через плоскую поверхность

Ф = BS cos α; [Ф] = Тл∙м² = Вб.

На рисунках магнитный поток пропорционален числу силовых линий магнитного поля, пронизывающих поверхность.

В первой половине XIX века английский физик М. Фарадей экспериментально установил закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции , возникающая в контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока , пронизывающего этот контур.

Минус в формуле закона показывает, что ЭДС индукции препятствует изменениям, происходящим в контуре (см. правило Ленца). В решении многих задач школьного курса физики знак ЭДС индукции не нужен. В таких задачах закон Фарадея записывают в модульной форме:

Если контур состоит из N последовательно соединённых витков (катушка), которые пронизываются одним и тем же магнитным потоком, то ЭДС индукции в контуре равна:

или

В высшей математике ЭДС индукции находится как предел, к которому стремится скорость изменения магнитного потока за бесконечно малый интервал времени, то есть как производная магнитного потока по времени:

Закон Фарадея позволяет рассчитать силу индукционного тока. Направление индукционного тока определяет правило, сформулированное в первой половине XIX века русским физиком Э. Ленцем.

Правило Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором созданное им индукционное магнитное поле компенсирует то изменение магнитного потока, которое порождает этот индукционный ток. Принцип компенсации в правиле Ленца подтверждается при наблюдении взаимодействия замкнутого алюминиевого кольца с постоянным магнитом. Кольцо всегда движется в ту же сторону, что и магнит. На рисунке показан момент приближения магнита, от которого кольцо отталкивается.

Рис. 1. Демонстрация правила Ленца на примере взаимодействия магнита с алюминиевым кольцом

На втором рисунке показан пример применения правила Ленца. Здесь индукционное поле (пунктирные линии), направленное вниз, компенсирует нарастание внешнего поля направленного вверх. Индукционное поле связано с направлением индукционного тока через правило буравчика.

Рис. 2. Применение правила Ленца к металлическому витку в переменном магнитном поле

Правило Ленца можно формулировать, используя направление индукционного поля и перпендикулярной составляющей к плоскости контура внешнего поля.

Если возрастает, то И наоборот, если убывает, то

Идеальный контур – замкнутый контур с нулевым активным сопротивлением (R = 0).

Правило Ленца имеет важное следствие для идеального контура: магнитный поток в идеальном контуре изменить нельзя.

Ф_идеал = const или Ф₀ = Ф.

Поэтому правило Ленца иногда называют законом сохранения магнитного потока.

Самоиндукция – явление электромагнитной индукции в замкнутом контуре, возникающее при изменении электрического тока, протекающего в этом контуре.

Если в процессе изменения силы тока в контуре не наблюдается других изменений, то из закона электромагнитной индукции следует равенство, называемое законом самоиндукции:

где _с – ЭДС самоиндукции, L – индуктивность контура, – скорость изменения силы тока в контуре.

Минус в формуле закона самоиндукции показывает, что ЭДС самоиндукции препятствует изменению силы тока в контуре, что является следствием правила Ленца. В решении многих задач школьного курса физики знак ЭДС самоиндукции не нужен. В таких задачах закон Фарадея для самоиндукции записывают в модульной форме:

Если из закона выразить индуктивность контура, то можно получить ещё одну форму представления единицы измерения индуктивности и сформулировать физический смысл индуктивности.

Индуктивность показывает величину ЭДС самоиндукции, возникающую в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с. Следовательно, в цепях с большой индуктивностью следует менять силу тока с малой скоростью во избежание возникновения больших ЭДС.

В высшей математике ЭДС самоиндукции находится как произведение индуктивности на предел, к которому стремится скорость изменения силы тока за бесконечно малый интервал времени, то есть на производную силы тока по времени:

Электрический ток, протекающий в контуре, создаёт в окружающем пространстве магнитное поле. Это поле, пронизывая порождающий его контур, приводит к появлению собственного магнитного потока через контур. При этом собственный магнитный поток всегда прямо пропорционален силе тока, порождающего этот поток.

Φ_с = LI.

Индуктивность – коэффициент пропорциональности между силой тока в контуре и создаваемым этим током магнитным потоком через контур.

Индуктивность – величина, зависящая от геометрических размеров контура и магнитных свойств среды.

Индуктивность имеет ещё одну форму представления единицы измерения, которая получается из закона Фарадея для самоиндукции. Физический смысл индуктивности также формулируется из закона Фарадея.

Магнитное поле обладает энергией. Энергия магнитного поля, создаваемого током I, протекающим в проводнике индуктивностью L, определяется по формуле:

Дата добавления: 2015-08-29