Объснение возникновения индукционного тока.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ.

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.

Опыты Фарадея.

Так как вблизи проводника, по которому протекает электрический ток, а также вокруг движущегося заряда, существует магнитное поле, то возникает вопрос о возможности получения электрического тока с помощью магнитного поля. На этот вопрос в 1831 году дал ответ великий английский учёный Майкл Фарадей.

Первые опыты, проведённые Фарадеем, состояли в следующем. В катушку, которая подсоединена к гальванометру, либо вносился, либо вытаскивался магнит. В то время, когда магнит перемещался, стрелка гальванометра отклонялась, т.е. по катушке протекал ток. Направления отклонения стрелки при внесении и вытаскивании магнита были разными, т.е. менялось направление тока. Когда магнит оставался неподвижным, стрелка не отклонялась, т.е. ток отсутствовал.

 

 

 

Что происходит при внесении магнита? При внесения магнита индукция магнитного поля внутри катушки возрастает. Следовательно, возрастает магнитный поток, пронизывающий витки катушки. При вытаскивания магнита из катушки индукция магнитного поля внутри катушки уменьшается. Следовательно, уменьшается магнитный поток, пронизывающий витки катушки. Если магнит неподвижен и индукция магнитного поля неизменна, то и магнитный поток неизменен.

Из этих рассуждений можно сделать вывод, что возникновение тока в катушке связано именно с изменением магнитного потока.

Однако магнитный поток можно изменить не только путём изменения магнитной индукции. Изменение магнитного потока, пронизывающего контур, возможно также при изменении площади контура и угла между вектором магнитной индукции и нормалью к контуру.

Проверить эту гипотезу можно, проведя следующую серию опытов.

Соберём электрическую схему, показанную на рисунке. Вблизи катушки поместим виток проволоки (контур) так, чтобы он находился в магнитном поле катушки. Виток замкнут на гальванометр, регистрирующий протекание тока по этому витку.

1.Замыкаем и размыкаем ключ в приведённой электрической схеме. При этом магнитное поле катушки возникает и исчезает.

2.Передвигаем ползунок реостата. В этом случае ток в катушке меняется, а, следовательно, меняется магнитное поле.

3.Перемешаем виток вдоль оси катушки. Величина магнитного поля, в котором находится виток, меняется.

4.Поворачиваем виток вокруг собственной оси. При этом меняется угол между вектором магнитной индукции и нормалью к витку.

5.Виток проволоки деформируем, т.е. либо его растягиваем, либо сжимаем. В этом случае меняется площадь витка.

В каждом из перечисленных случаев изменялся поток магнитной индукции, и гальванометр показывал протекание тока в витке.

Явление возникновения в контуре тока при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией, а возникающий ток – индукционным током.

Закон Фарадея.

Экспериментально установлено, что величина индукционного тока не зависит от причины его возникновения, т.е. от способа изменения магнитного потока, а зависит от скорости изменения магнитного потока. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем больше возникающий индукционный ток.

Протекание тока по замкнутой цепи невозможно без существования в этой цепи ЭДС. Следовательно, при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС. В данном случае это ЭДС электромагнитной индукции. Так как величина тока и ЭДС связаны пропорциональной зависимостью, то, следовательно, значение ЭДС индукции будет зависеть от скорости изменения магнитного потока точно так же, как и индукционный ток. Эту зависимость отражает формулировка закона Фарадея для электромагнитной индукции.

ЭДС электромагнитной индукции ε_i, возникающая в замкнутом проводящем контуре, равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур, взятой с противоположным знаком.

Правило Ленца.

Знак минус в законе Фарадея соответствует правилу Ленца, которое позволяет определить направление возникающего индукционного тока.

Правило Ленца формулируется следующим образом.

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, при котором созданный им собственный магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать изменение внешнего магнитного потока, которое вызвало появление индукционного тока.

На рисунке слева показано увеличение вектора магнитной индукции - ∆B по направлению совпадает с вектором В, а вектор магнитной индукции B_i поля, созданного индукционным током, противоположен ∆B.

На рисунке справа показано уменьшение вектора магнитной индукции - ∆B противоположно направлению вектора B, а вектор магнитной индукции B_i поля, созданного индукционным током, противоположен ∆B.

Если бы правило Ленца не выполнялось и магнитное поле, создаваемое индукционным током, поддерживало бы изменение магнитного потока, то это привело бы к увеличению изменения потока и, следовательно, к возникновению ещё большего индукционного тока. Таким образом, индукционный ток возрастал бы до бесконечности и нарушался бы закон сохранения энергии.

Объснение возникновения индукционного тока.

В пункте 1 были рассмотрены примеры возникновения индукционного тока в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Магнитный поток изменяется при изменении площади контура, при изменении угла между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции и при изменении величины магнитной индукции.