Тема 5.Електромагнітна індукція. Магнітні властивості речовини.

1.Явище електромагнітної індукції. Досліди Фарадея.2. Закон Фарадея-Максвела 3.. Правило Ленца.4. Вихрові струми. Явище електромагнітної індукції. Закон Ленца. Закон електромагнітної індукції 6. Самоіндукція.
(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 поверхню, охоплену цим провідником.

Явище виникнення електрорушійної сили при зміні магнітного потоку, що пронизує поверхню, яка охоплена провідним, контуром, називається електромагнітною індукцією.

Струм, що виникає у провідниках при електромагнітній індукції, називається індукційним.

Виникнення індукційного струму завжди пов’язане із зміною магнітного потоку через поверхню, яку охоплює провідник. Ці зміни можуть відбуватися з різних причин, зокрема через:

1). - переміщення постійного магніту віднос­но нерухомого провідника;

2). - переміщення контуру відносно нерухомого магніту;

3). - замикання та розмикання струму в обмотці нерухомого електромагніту, розміщеного поблизу провідника;

4). - відносне переміщення контуру і елек­тромагніту;

5). - зміну магнітної індукції поля електромагніту (виймання осердя при сталому струмі в обмотці або зміну струму реостатом);

6). - зміну комутатором напрямку струму в обмотці електромагніту;

7). - постійний рух контуру в неоднорідному магнітному полі;

8). - обертальний рух контуру в однорідному магнітному полі.

Отже, індукційний струм в замкненому провідному 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) вважаючи, 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.

Якщо індукційний струм виникає у прямому провіднику, який є ділянкою зам­кненого кола і рухається в зовнішньому магнітному полі перпендикулярно до ліній індукції, напрямок струму можна визначити за правилом правої руки: праву руку треба помістити в магнітному полі так, щоб лінії напруженості входили в долоню, а відставлений під прямим кутом великий палець збігався з напрямом переміщення провідника, тоді чотири витягнуті пальці вкажуть напрямок індукційного струму в цьому провіднику.

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 Фарадея індукційного струму в контурах різної форми і розмірів показали, що ЕРС електромагнітної індукції в контурі пропорційна до швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, 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. 193).

 

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: 1 Вб – це такий магнітний потік, при зменшенні якого до нуля протягом 1 с в колі, яке він пронизував, виникає ЕРС індукції в 1 В.