Фарадеевская и максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции

Как известно электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. Связь магнитного поля с током привела к многочисленным попыткам возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Эта задача была решена в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем, открывшем явления электромагнитной индукции, заключающееся в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного.

Для обнаружения явления электромагнитной индукции Фарадеем было проделано ряд опытов. Первый с соленоидом и постоянным магнитом, а второй с двумя катушками.

Из закона Фарадея следует, что любое изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции приводит к возникновению электродвижущей силы индукции и вследствие этого появляется индукционный ток. Однако э.д.с. в любой цепи возникает только тогда, когда в ней на носители тока действуют сторонние силы. Возникает вопрос о природе сторонних сил в данном случае. Максвелл высказал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Согласно представления Максвелла, контур, в котором появляется э.д.с., играет второстепенную роль, являясь своего рода лишь “прибором”, обнаруживающим это поле.

Итак, по Максвеллу, изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле , циркуляция которого равна: , (1)где - проекция вектора на направление . Учитывая, что получим: Известно, что циркуляция вектора напряженности электростатического поля ( обозначим его ) вдоль любого замкнутого контура равна ну (2).

Сравнивая выражения (1) и (2) видим, что между рассматриваемыми полями имеется принципиальное различие: циркуляция вектора в отличии от циркуляции вектора не равна нулю. Следовательно, электрическое поле , возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым.

Ток смещения.

Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем Максвелл вел в рассмотрение так называемый ток смещения.

Рассмотрим цепь переменного тока, содержащую конденсатор.

Между обкладками заряжающегося и разряжающего конденсатора имеется переменное электрическое поле, поэтому, согласно Максвеллу, через конденсатор “протекают” токи смещения, причем в тех участках, где отсутствуют проводники

По Максвеллу, переменное электрическое поле в конденсаторе в каждый момент времени создает такое магнитное поле, как если бы между обкладками конденсатора существовал ток проводимости, равный току в проводящих проводах. Тогда можно утверждать, что токи проводимости ( ) и смещения ( ) равны. Ток проводимости вблизи обкладок конденсатора для общего случая можно записать так:

Сравнивая это выражение с , имеем . (3)Данное выражение было названо Максвеллом плотностью тока смещения.

Направление вектора , а следовательно, и вектора совпадает с направлением вектора , как это следует из формулы (3). из всех физических свойств, присущих току проводимости, Максвелл приписал току смещения лишь одно – способность создавать в окружающем пространстве магнитное поле. Следует отметить, что ток смещения по своей сути – это изменяющееся со временем электрическое поле. Ток смещения поэтому существует не только в вакууме или в диэлектриках, но и внутри проводников по которым течет переменный ток. Однако в данном случае он пренебрежительно мал по сравнению с током проводимости.

Поиск по сайту: