Для связи в whatsapp +905441085890

Закон электромагнитной индукции в физике

Закон электромагнитной индукции

М. Фарадеем было установлено, что сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:
Закон электромагнитной индукции в физике
Возникновение тока в замкнутом контуре означает наличие сторонних сил, работа которых по перемещению единичного заряда в контуре называется электродвижущей силой (ЭДС). Это означает, что при изменении потока через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, в контуре возникает ЭДС Закон электромагнитной индукции в физике, которую называют ЭДС индукции. Согласно закону Ома для замкнутой цепи Закон электромагнитной индукции в физике. Следовательно, ЭДС индукции пропорциональна Закон электромагнитной индукции в физике, поскольку сопротивление R не зависит от изменения магнитного потока. Закон электромагнитной индукции формулируется так:

ЭДС индукции Закон электромагнитной индукции в физике в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: Закон электромагнитной индукции в физике

Применение правила Ленца к замкнутому контуру с положительной нормалью приводит к выражению:

Закон электромагнитной индукции в физике
(3.18)

Формула (3.18) выражает основной закон электромагнитной индукции. На рис. 129 внешнее магнитное поле индукции Закон электромагнитной индукции в физике возрастает со временем и направлено вдоль положительной нормали к контуру с током. Индуцированный ток противоположен выбранному направлению обхода в соответствии с индуцированным магнитным полем Закон электромагнитной индукции в физике.

Описанные выше опыты свидетельствуют о том, что электромагнитная индукция — это возникновение электрического поля и электрического тока при изменении во времени магнитного поля или при движении проводника в магнитном поле. Эти два типа эффектов электромагнитной индукции отличаются физической природой процессов, отвечающих за их возникновение. Первый тип обусловлен наведением вихревого электрического поля переменным магнитным полем, второй — действием сил Лоренца на движущиеся заряды в стационарном магнитном поле. В обоих случаях выполняется основной закон индукции, выраженный формулой (3.18).

В первом типе электромагнитной индукции ЭДС возникает в неподвижном замкнутом проводнике при любом изменении магнитного поля. С другой стороны, известно, что возникновение электродвижущей силы в любой цепи связано со сторонними силами, действующими на заряды в этой цепи. Под сторонними силами имеются в виду силы неэлектростатического характера. Какова же природа этих сил в данном случае?

Результаты различных экспериментов по электромагнитной индукции показали, что ЭДС индукции не зависит ни от материала проводника (металл, электролит и т. д.), ни от его состояния (например, величины и распределения температуры). Отсюда следует вывод, что сторонние силы связаны с самим магнитным полем.
Анализ явления электромагнитной индукции привел Дж. Максвелла к заключению, что причиной появления ЭДС индукции является электрическое поле (рис. 130), отличающееся от электростатического поля следующими особенностями.

Закон электромагнитной индукции в физике
Рис. 129
Закон электромагнитной индукции в физике
Рис. 130
  1. Возникновение поля никак не связано с наличием проводников; оно существует в пространстве, окружающем переменное магнитное поле, независимо от наличия в нём проводников; проводники являются лишь индикаторами поля (если проводник замкнут, по нему течёт ток).
  2. Это поле не является электростатическим, поскольку силовые линии электростатического поля всегда разомкнуты, они начинаются и заканчиваются на зарядах, и напряжение по замкнутому контуру в электростатическом поле равно нулю; электростатическое поле не может поддерживать движение зарядов в замкнутом контуре, т. е. привести к возникновению ЭДС.
  3. В противоположность последнему индуцированное переменным магнитным полем электрическое поле является вихревым (как и магнитное поле); оно имеет замкнутые силовые линии, приводит к возникновению ЭДС индукции, приводящей в движение заряды по замкнутым проводам (рис. 130).
  4. В отличие от электростатического поля, работа сил вихревого электрического поля и электрическое напряжение по замкнутому контуру не равны нулю, а значение напряжения между двумя точками определяется не только их взаимным положением, по и формой контура, соединяющего эти точки.

Всё вышеизложенное позволяет сделать вывод, который выражает первое основное положение теории Максвелла: любое изменение магнитного поля вызывает появление вихревого электрического поля.

Направление силовых линий напряжённости Закон электромагнитной индукции в физике совпадает с направлением индукционного тока. Работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике. Чем быстрее меняется индукция магнитного поля, тем больше напряжённость индуцированного электрического поля.
ЭДС индукции в проводниках, движущихся в постоянном магнитном поле, соответствует второму типу электромагнитной индукции, обусловленному не переменным внешним магнитным полем, а действием сил Лоренца на свободные заряды проводника.
ЭДС индукции, возникающая на концах проводника длиной Закон электромагнитной индукции в физике, движущегося с постоянной скоростью Закон электромагнитной индукции в физике под некоторым углом Закон электромагнитной индукции в физике к вектору индукции Закон электромагнитной индукции в физике однородного магнитного поля, равна:
Закон электромагнитной индукции в физике
где Закон электромагнитной индукции в физике — работа силы Лоренца по перемещению заряда Закон электромагнитной индукции в физике на пути Закон электромагнитной индукции в физике — сила Лоренца, действующая на движущийся заряд.
Если такой проводник входит в состав замкнутой цепи, остальные части которой неподвижны (рис. 131), то в цепи возникает электрический ток. Сила тока равна: Закон электромагнитной индукции в физике

где Закон электромагнитной индукции в физике — сопротивление нагрузки (лампочки); Закон электромагнитной индукции в физике — сопротивление проводника, играющего роль внутреннего сопротивления источника тока (сопротивлением соединяющих проводников пренебрегаем).
С другой стороны, ту же ЭДС индукции можно получить, используя основной закон электромагнитной индукции:
Закон электромагнитной индукции в физике

В данном случае изменение потока осуществляется не за счёт изменения индукции поля, а за счёт изменения площади контура, равного Закон электромагнитной индукции в физике. В результате получим:
Закон электромагнитной индукции в физике

Закон электромагнитной индукции в физике
Рис. 131

Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Магнитные свойства веществ в физике
Электромагнитная индукция в физике
Правило Ленца в физике
Самоиндукция. Индуктивность в физике