Явище електромагнітної індукції. Закон Ленца. Закон електромагнітної індукції (закон Фарадея)

Після відкриття Ерстеда, в якому було доведено, що навколо провідників із струмом існує магнітне поле, природно було поставити питання про можливість утворення електричного струму у провідниках за допомогою магнітного поля. Це питання розв'язав М. Фарадей, який в 1831 р. показав, що в замкненому провіднику виникає електричний струм при будь-яких змінах магнітного потоку через площу, охоплену цим провідником.

Явище виникнення у провіднику електрорушійної сили при зміні магнітного поля, що пронизує площу контуру провідника, називається електромагнітною індукцією. Якщо провідник замкнений, то в ньому виникне електричний струм. Струм, що виникає у провіднику при електромагнітній індукції, називається індукційним.

Виникнення індукційного струму завжди пов'язане із зміною магнітного потоку через контур провідника. Ці зміни можуть відбуватися з різних причин, зокрема через:

– переміщення постійного магніту відносно нерухомого провідника;

– переміщення контурувідносно нерухомого магніту;

– замикання та розмикання струму в обмотці нерухомого електромагніту, розміщеного поблизу провідника;

– відносне переміщення контуруі електромагніту;

– зміну індукції магнітного поля електромагніту (виймання осердя при стало-му струмі в обмотці або зміну струму реостатом);

– зміну комутатором напрямку струму в обмотці електромагніту;

– постійний рух контурув неоднорідному магнітному полі;

– обертальний рух контурув однорідному магнітному полі.

Отже, індукційний струм у замкненому контурі виникає тільки тоді, коли змінюється магнітний потік, який проходить через площу, охоплену контуром.

Фарадей встановив, що напрямок індукційного струму в провіднику залежить від характеру зміни (збільшення чи зменшення) магнітного потоку ( чи ) через його контур. Якщо при внесенні постійного магніту в котушку стрілка гальванометра відхиляється в один бік, то при вийманні магніту вона відхиляється в протилежний бік.

Загальне правило, за допомогою якого можна визначити напрямок індукційного струму в замкненому провіднику, сформулював Е.Х. Ленц:

індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрямок, що створений цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм.

Використовуючи закон Ленца для визначення напряму індукційного струму, треба:

1) знайти причину, яка створює індукційний струм;

2) вважати, що індукційний струм протидіє цій причині, знайти напрямок його магнітного поля;

3) визначити напрямок індукційного струму за напрямком його магнітного поля.

Із закону Ленца можна встановити, що енергія індукційного струму у провіднику утворюється за рахунок тієї енергії, яка витрачається на подолання протидії магнітного поля індукційного струму.

Завдяки явищу електромагнітної індукції можна перетворити механічну енергію в електричну, а також передавати електричну енергію з одного кола в інше.

Індукційний струм у замкненому провіднику з опором R виникає під дією , яку можна виразити за законом Ома

.

Оскільки та сама ЕРС у провідниках з різним опором створює неоднакові струми, то для кількісної характеристики явища електромагнітної індукції зручніше користуватися величиною , а не силою індукційного струму .

Дослідження індукційного струму в контурах різної форми і розмірів показали, що ЕРС електромагнітної індукції в контурі пропорційна до швидкості зміни магнітного потоку Ф через поверню, обмежену цим контуром (закон Фарадея):

.

ЕРС електромагнітної індукції в контурі вважають позитивною, якщо магнітний момент відповідного їй індукційного струму утворює гострий кут з лініями магнітної індукції того поля, яке наводить цей струм (рис. 123).

Тоді для випадку, зображеного на рисунку ліворуч, , а для зображеного праворуч — . В системі CІ і

.

Знак "–" є математичним виразом правила Ленца.

Ця формула, яка об'єднує закони Фарадея і Ленца, є математичним виразом основного закону електромагнітної індукції:

електрорушійна сила електромагнітної індукції в замкненому контурі числово дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміні магнітного потоку крізь поверхню, обмежену контуром.

Якщо ЕРС індукції виникає при зміні магнітного потоку, який пронизує котушку з N витків, то її величина буде відповідно в N разів більшою, ніж для одного витка, тобто

.

На основі закону електромагнітної індукції можна означити одиницю магнітного потоку вебер: 1Вб – це такий магнітний потік, при зменшенні якого до нуля протягом 1с в колі, яке він пронизував, виникає ЕРС індукції в 1В.

Поиск по сайту: