Індуктивність. Енергія магнітного поля струму. Самоіндукція

Електромагнітна індукція. Індукційне електричне поле. Закон електромагнітної індукції

У результаті численних дослідів Майкл Фарадей у 1831 р. виявив таке: будь-яка зміна магнітного потоку крізь якийсь контур викликає появу електричного поля, а якщо контур замкнений і провідний, то в ньому виникає струм. Це явище одержало назву закону електромагнітної індукції.
Електричне поле і струм, які виникають при цьому, називаються індукційними. Відомо, що поле електричних зарядів (електростатичне поле) характеризується незамкненими лініями вектора . На відміну від цього поля, електричне поле, породжуване змінним магнітним полем (магнітним вихором), характеризується замкненими лініями вектора і називається вихровим (як і магнітне поле).
Для кількісного опису явища електромагнітної індукції користуються поняттям електрорушійної сили індукції, яка чисельно дорівнює бистроті зміни магнітного потоку . Цей вираз (закон Фарадея) у правій частині доповнили знаком «–», який відображує правило Ленца: індукційний струм спрямований так, що його магнітне поле протидіє тій зміні магнітного потоку, яка викликала даний струм.
Отже, .

Індуктивність. Енергія магнітного поля струму. Самоіндукція

Якщо магнітне поле створюється струмом у провіднику, то індукція цього поля B і магнітний потік Ф прямо пропорційні силі струму I: Ф ∼ В ∼ I. При однакових I потік Ф різний у провідниках різної форми і залежить від оточення. Форму провідників та їх оточення враховує коефіцієнт пропорційності L (індуктивність): ; (Генрі).
Роль величини L в електромагнетизмі схожа на роль маси m у механіці: чим більша маса тіла, тим довше воно розганяється із стану спокою деякою силою до певної швидкості; чим більша індуктивність провідного замкненого контуру, тим триваліший процес збільшення в контурі сили струму до певного її значення під дією електрорушійної сили.

У механіці кінетичною енергією називається енергія тіла, що рухається; у магнетизмі енергія магнітного поля — це енергія зарядів, які рухаються. Бистрота руху тіла , бистрота руху заряду . Отже, знаючи формулу кінетичної енергії , можна і без виведення записати формулу енергії магнітного поля: .
Окремим випадком явища електромагнітної індукції є самоіндукція — збудження ЕРС у котушці внаслідок пропускання через неї струму, який змінюється.
Чим більша бистрота зміни струму в котушці, тим більша ЕРС в ній наводиться: . У котушках різних розмірів і форми та за умови різного оточення (наявності різних речовин всередині котушки — чи то повітря, чи то залізо) виявляється різною за однакового значення , тобто . Коефіцієнт пропорційності L у даному випадку називають коефіцієнтом самоіндукції.

Домашнє завдання. Л. С. Жданов, Фізика, глава 23. Електромагнітна індукція; розв’язати вавдання:

1. Електрон влітає в однорідне магнітне поле, лінії магнітної індукції якого напрямлені з півдня на північ. Установіть відповідність «напрям початкової швидкості V₀ електрона – подальший рух електрона».

2. Якою є індукція однорідного магнітного поля, у якому протон рухається по колу, здійснюючи один оберт за 0,1 мкс?