Индукция электромагнитного поля. Определение, формула, опыт

Индукция электромагнитного поля вызывает в замкнутом контуре сцепленным с этим полем возникновение эдс. При этом магнитный поток должен быть переменным. А ток, возникающий в контуре, получил название индукционный. Идея о возникновении тока в проводнике под воздействием магнитного поля возникла из-за существования обратного процесса. То есть всем известно, что при прохождении тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Явление возникновения тока в замкнутом контуре пронизанным переменным магнитным потоком называется электромагнитной индукцией.

Первым это явление обнаружил Фарадей. Он провел такой опыт. В катушку, состоящую из металлической проволоки, которая подключена к гальванометру, вводится постоянный стержневой магнит. При этом стрелка гальванометра откланяется. Отклонение происходит только в момент введения магнита. Когда магнит находится внутри катушки, стрелка неподвижна. Стрелка также отклоняется и при выведении магнита из катушки. Но отклонение происходит в другую сторону.

Отклонения стрелки в другую сторону можно добиться, также повернув магнит другим полюсом. Еще можно смещать катушку относительно магнита. При этом возникновение тока будет идентичным.

Во втором опыте было намотано две катушки на один и тот же каркас. Причем одна катушка была изолирована от другой. К первой катушке, как и в предыдущем опыте, подключен гальванометр. А вторая катушка периодически подключалась к источнику тока. Стрелка гальванометра откланялась в моменты включения и отключения тока. При этом отклонение было противоположным. При включении в одну сторону при выключении в другую.

Исходя из проведенных опытов, Фарадей пришел к выводу, что индукционный ток возникает в тех случаях, когда изменяется магнитный поток, связанный с замкнутым контуром. Причем совершенно не важно, каким образом этот поток будет изменяться. Важно лишь то с какой скоростью будет происходить это изменение.

Направление индукционного тока определяется с помощью правила Ленца. Оно гласит о том, что индукционный ток создает такое магнитное поле, которое стремится компенсировать поле вызвавшее его. То есть при увеличении поля индукционный поле будет стремиться препятствовать этому. При уменьшении также.

Знак минус говорит о том, что при увеличении магнитного потока возникает эдс отрицательной полярности. Соответственно при уменьшении его полярность эдс будет положительна. Это следует из правела Ленца.

Итак, индукционная эдс возникает при изменении магнитного потока. Какова же природа этой эдс. При движении катушки относительно магнита как в первом опыте. Или магнита относительно катушке, что не принципиально. На заряды в проводе катушки действует сила Лоренца. Так как вместе с проводником в магнитном поле магнита также движутся и заряды находящиеся внутри него. Сила Лоренца как бы стремится удержать на месте заряды при том, что проводник движется. Если за точку отсчета брать проводник, выходит что заряды движутся внутри него. Таким образом, и образуется индукционный ток.

Во втором же опыте нет никакого движения, откуда же появляется ток. Ведь сила Лоренца не способна действовать на неподвижные заряды. На них могут действовать только электрические силы. То есть получается, что при изменении магнитного поля возникает электрическое поле, которое и действует на неподвижные заряды. Это электрическое поле называется вихревым. Оно не связано с электрическими зарядами и не является потенциальным. Поэтому работа сил этого поля не будет равна нулю. А следовательно работа сил вихревого поля при перемещении заряда и есть источник индуцированной эдс.