У світі всі види існуючих сил, крім сил тяжіння, представлені електромагнітними взаємодіями. У Всесвіті, незважаючи на дивовижне розмаїття впливів тіл один на одного, у будь-яких речовинах, живих організмах завжди зустрічається прояв. електромагнітних сил. Як відбулося відкриття електромагнітної індукції (ЕІ), розкажемо нижче.

Вконтакте

Відкриття ЕІ

Поворот магнітної стрілки поблизу провідника зі струмом у дослідах Ерстеда вперше вказав на зв'язок електричних та магнітних явищ. Очевидно: електрострум «оточує» себе магнітним полем.

Так чи не можна досягти його виникнення за допомогою магнітного поля — таке завдання поставив Майкл Фарадей. У 1821 році він відзначив цю властивість у своєму щоденнику про перетворення магнетизму на .

Успіх до вченого прийшов не одразу. Лише глибока впевненість у єдності природних сил і наполеглива праця привели його через десять років до нового великого відкриття.

Вирішення завдання довго не давалося Фарадею та іншим його колегам, бо вони намагалися отримати електрику в нерухомій котушці, використовуючи дію постійного магнітного поля. Тим часом згодом з'ясувалося: змінюється кількість силових ліній, що пронизують дроти, і виникає електроенергія.

Явище ЕІ

Процес появи в котушці електрики внаслідок зміни магнітного поля характерний для електромагнітної індукції та визначає це поняття. Цілком закономірно, що різновид , що виникає під час цього процесу, називається індукційним. Ефект збережеться, якщо саму котушку залишити без руху, але при цьому переміщати магніт. З використанням другої котушки можна взагалі обійтися без магніту.

Якщо пропустити електрику через одну з котушок, то при їх взаємному переміщенні у другій виникне індукційний струм. Можна надіти одну котушку на іншу і змінювати величину напруги однієї з них, замикаючи та розмикаючи ключ. При цьому магнітне поле, що пронизує котушку, на яку впливають ключем, змінюється, і це стає причиною виникнення індукційного струму на другий.

Закон

Під час дослідів легко виявити, що збільшується кількість силових ліній, що пронизують котушку — стрілка використовуваного приладу (гальванометр) зміщується в один бік, зменшується – в інший. Більше ретельне дослідження показує, що сила індукційного струму прямо пропорційна швидкості зміни числа силових ліній. У цьому полягає основний закон електромагнітної індукції.

Цей закон висловлює формула:

Вона застосовується, якщо за період часу t магнітний потік змінюється на ту саму величину, коли швидкість зміни магнітного потоку Ф/t постійна.

Важливо!Для індукційних струмів справедливий закон Ома: I=/R, де це ЕРС індукції, яку знаходять за законом ЕІ.

Чудові досліди, проведені колись знаменитим англійським фізиком і які стали основою відкритого ним закону, сьогодні без особливих зусиль здатний зробити будь-який школяр. Для цього використовуються:

• магніт,
• дві дротяні котушки,
• джерело електроенергії,
• гальванометр.

Закріпимо на підставці магніт і піднесемо до нього котушку з приєднаними до гальванометр кінцями.

Повертаючи, нахиляючи і переміщуючи її вгору і вниз, ми змінюємо кількість силових ліній магнітного поля, що пронизують її витки.

Гальванометр реєструєвиникнення електрики з мінливими під час досвіду величиною і напрямом.

А котушка і магніт, що знаходяться відносно один одного в спокої, не створять умов і для виникнення електрики.

Інші закони Фарадея

На основі проведених досліджень було сформовано ще два однойменні закони:

1. Суть першого полягає у такій закономірності: маса речовини m, що виділяється електричною напругою на електроді, пропорційна кількості електрики Q, що пройшла через електроліт.
2. Визначення другого закону Фарадея або залежності електрохімічного еквівалента від атомної ваги елемента та його валентності формулюється так: електрохімічний еквівалент речовини пропорційний його атомній вазі, а також обернено пропорційний валентності.

З усіх існуючих видів індукції велике значення має окремий вид цього явища – самоіндукція. Якщо ми візьмемо котушку, яка має велику кількість витків, то при замиканні ланцюга лампочка загоряється не відразу.

На цей процес може знадобитися кілька секунд. Дуже дивовижний на перший погляд факт. Щоб зрозуміти, у чому тут справа, необхідно розібратися, що ж відбувається у момент замикання ланцюга. Замкнений ланцюг ніби «пробуджує» електрострум, що починає свій рух по витках дроту. Одночасно в просторі навколо неї миттєво створюється магнітне поле, що посилюється.

Котушкові витки виявляються пронизаними електромагнітним полем, що змінюється, концентрується сердечником. Збудливий у витках котушки індукційний струм при наростанні магнітного поля (у момент замикання ланцюга) протидіє основному. Миттєве досягнення ним свого максимального значення у момент замикання ланцюга неможливе, воно «зростає» поступово. Ось і пояснення, чому лампочка не спалахує одразу. Коли ланцюг розмикається, основний струм посилюється індукційним внаслідок явища самоіндукції, і лампочка яскраво спалахує.

Важливо!Суть явища, названого самоіндукцією, характеризується залежністю зміни, що збуджує індукційний струм електромагнітного поля від зміни сили струму струму електроструму.

Напрямок струму самоіндукції визначає правило Ленца. Самоіндукція легко можна порівняти з інерцією в галузі механіки, оскільки обидва явища мають схожі характеристики. І справді, в результаті інерціїпід впливом сили тіло набуває певної швидкості поступово, а не миттєво. Не відразу під дією самоіндукції при включенні батареї в ланцюг з'являється і електрика. Продовжуючи порівняння зі швидкістю, зауважимо, що він так само не здатний миттєво зникнути.

Вихрові струми

Наявність вихрових струмів у потужних провідниках може бути ще одним прикладом електромагнітної індукції.

Фахівці знають, що металеві трансформаторні сердечники, якорі генераторів та електродвигунів ніколи не бувають суцільними. При їх виготовленні на окремі тонкі листи, з яких вони складаються, накладається шар лаку, що ізолює один аркуш від іншого.

Неважко зрозуміти, яка сила змушує людину створювати саме такий пристрій. Під дією електромагнітної індукції в змінному магнітному полі осердя пронизують силові лінії вихрового електрополя.

Припустимо, що сердечник виготовлений із суцільного металу. Оскільки його електричний опір невеликий, виникнення індукційної напруги великої величини було б цілком зрозумілим. Сердечник би в результаті розігрівався, і чимала частина електричної губилася марно. Крім того, виникла б необхідність вживання спеціальних заходів для охолодження. А ізолюючі шари не дозволяють досягати більших величин.

Індукційні струми, властиві масивним провідникам, називаються вихровими не випадково – їх лінії замкнуті подібно до силових ліній електрополя, де вони і виникають. Найчастіше вихрові струми застосовуються у роботі індукційних металургійних печей для виплавки металів. Взаємодіючи з магнітним полем, що їх породило, вони іноді стають причиною цікавих явищ.

Візьмемо потужний електромагніті помістимо між вертикально розташованими його полюсами, наприклад, пятикопеечную монету. Попри очікування, вона не впаде, а повільно опускатиметься. Для проходження кількох сантиметрів їй знадобляться секунди.

Помістимо, наприклад, п'ятикопійкову монету між вертикально розташованими полюсами потужного електромагніту та відпустимо її.

Всупереч очікуванню, вона не впаде, а повільно опускатиметься.Для проходження кількох сантиметрів їй знадобляться секунди. Пересування монети нагадує переміщення тіла у в'язкому середовищі. Чому таке відбувається?

За правилом Ленца напрями які виникають під час пересування монети вихрових струмів у неоднорідному магнітному полі такі, що магніту виштовхує монету вгору. Цю особливість використовують для заспокоєння стрілки у вимірювальних приладах. Алюмінієва пластина, що знаходиться між магнітними полюсами, прикріплюється до стрілки, і вихрові струми, що виникають у ній, сприяють швидкому загасанню коливань.

Демонстрацію явища електромагнітної індукції вражаючої красизапропонував професор Московського університету В.К. Аркадьєв. Візьмемо свинцеву чашу, що має надпровідну здатність, і спробуємо впустити над нею магніт. Він не впаде, а наче «паритиме» над чашею. Пояснення тут просте: рівний нулю електричний опір надпровідника сприяє виникненню в ньому електрики великої величини, здатних зберігатися тривалий час і «утримувати» магніт над чашею. За правилом Ленца, напрямок магнітного поля їх такий, що відштовхує магніт і не дає йому впасти.

Вивчаємо фізику - закон електро-магнітної індукції

Правильне формулювання закону Фарадея

Висновок

Електромагнітні сили - це сили, які дозволяють людям бачити навколишній світ і частіше за інших зустрічаються в природі, наприклад, світло - також приклад електромагнітних явищ. Життя людства неможливо уявити без цього явища.

На малюнку показано напрямок індукційного струму, що виникає в короткозамкненій дротяній котушці, коли щодо неї переміщують

магніт.Позначте, які з таких тверджень правильні,а які-неправильні.
А.Магніт та котушка притягуються один до одного.
Б. Усередині котушки магнітне поле індукційного струму спрямоване вгору.
В. Усередині котушки лінії магнітної індукції поля магніту спрямовані нагору.
Г. Магніт видаляють від котушки.

1. Перший закон Ньютона?

2. Які системи відліку є інерційними та неінерційними? Наведіть приклади.
3. У чому полягає властивість тіл, яка називається інертністю? Якою величиною характеризується інертність?
4. Який зв'язок між масами тіл та модулями прискорень, які вони одержують при взаємодії?
5. Що таке сила і що вона характеризується?
6. Формулювання 2 закону Ньютона? Який його математичний запис?
7. Як формулюється 2 закон Ньютона в імпульсній формі? Його математичний запис?
8. Що таке 1 Ньютон?
9. Як рухається тіло, якщо до нього прикладена сила постійна за модулем та напрямом? Як спрямоване прискорення, викликане силою, що діє на нього?
10. Як визначається рівнодіюча сил?
11. Як формулюється та записується 3 закон Ньютона?
12. Як спрямовані прискорення тіл, що взаємодіють між собою?
13. Наведіть приклади прояву 3 закону Ньютона.
14. Які межі застосування всіх законів Ньютона?
15. Чому ми можемо вважати Землю інерційною системою відліку, якщо вона рухається з доцентровим прискоренням?
16. Що таке деформація, які види деформації ви знаєте?
17. Яка сила називається силою пружності? Яка природа цієї сили?
18. Які особливості сили пружності?
19. Як спрямована сила пружності (сила реакції опори, сила натягу нитки?)
20. Як формулюється та записується закон Гука? Які його межі застосування? Побудуйте графік, що ілюструє закон Гука.
21. Як формулюється та записується закон Всесвітнього тяжіння, коли він застосовується?
22. Опишіть досліди щодо визначення значення гравітаційної постійної?
23. Чому дорівнює гравітаційна постійна, який її фізичний зміст?
24. Чи залежить робота сили тяжіння від форми траєкторії? Чому дорівнює робота сили тяжіння по замкнутому контуру?
25. Чи залежить робота сили пружності форми траєкторії?
26. Що ви знаєте про силу тяжіння?
27. Як обчислюється прискорення вільного падіння Землі та інших планетах?
28. Що таке перша космічна швидкість? Як її обчислюють?
29. Що називають вільним падінням? Чи залежить прискорення вільного падіння маси тіла?
30. Опишіть досвід Галілео Галілея, який доводить, що всі тіла у вакуумі падають з однаковим прискоренням.
31. Яка сила називається силою тертя? Види сил тертя?
32. Як обчислюють силу тертя ковзання та кочення?
33. Коли з'являється сила тертя спокою? Чому вона дорівнює?
34. Чи залежить сила тертя ковзання від площі поверхонь, що стикаються?
35. Від яких властивостей залежить сила тертя ковзання?
36. Від чого залежить сила опору руху тіла у рідинах та газах?
37. Що називають вагою тіла? У чому різниця між вагою тіла та силою тяжіння, що діє на тіло?
38. У якому випадку вага тіла чисельно дорівнює модулю сили тяжіння?
39. Що таке невагомість? Що таке навантаження?
40. Як обчислити вагу тіла за його прискореному русі? Чи змінюється вага тіла, якщо воно рухається нерухомою горизонтальною площиною з прискоренням?
41. як змінюється вага тіла при його русі по опуклій і увігнутій частині кола?
42. Який алгоритм розв'язання задач під час руху тіла під дією кількох сил?
43. Яка сила називається Силою Архімеда чи силою, що виштовхує? Від яких властивостей залежить ця сила?
44. За якими формулами можна визначити силу Архімеда?
45. За яких умов тіло, що у рідині плаває, тоне, спливає?
46. ​​Як залежить глибина занурення в рідину плаваючого тіла від його густини?
47. Чому повітряні кулі наповнюють воднем, гелієм чи гарячим повітрям?
48. Поясніть вплив обертання Землі навколо осі на значення прискорення вільного падіння.
49. Як змінюється значення сили тяжіння при: а) віддаленні тіла від поверхні Землі; б) при русі тіла вздовж меридіана, паралелі.

електричного кола?

3. Який фізичний зміст ЕРС? Дати визначення вольту.

4. З'єднати на короткий час вольтметри джерелом електричної енергії, дотримуючись полярності. Порівняти його показання з обчисленням за наслідками досвіду.

5. Від чого залежить напруга на затискачі джерел струму?

6. Користуючись результатами вимірювань, визначити напругу зовнішнього ланцюга (якщо робота виконана I методом), опір зовнішнього ланцюга (якщо робота виконано II методом).

6 питання на вкладення обчислення

Допоможіть будь ласка!

1. За яких умов з'являються сили тертя?
2. Від чого залежить модуль і напрямок сили тертя спокою?
3. У яких межах може змінюватись сила тертя спокою?
4. Яка сила повідомляє прискорення автомобілю чи тепловозу?
5. Чи може сила тертя ковзання збільшити швидкість тіла?
6. У чому полягає головна відмінність сили опору в рідинах і газах від сили тертя між двома твердими тілами?
7. Наведіть приклади корисної та шкідливої ​​дії сил тертя всіх видів.

ІНДУКЦІЙНИЙ СТРУМ — це електричний струм, що виникає при зміні потоку магнітної індукції в замкнутому провідному контурі. Це носить назву електромагнітної індукції. Хочете дізнатися, який напрямок індукційного струму? Росиндуктор - це торговий інформаційний портал, де ви знайдете інформацію про струм.

Визначальний напрямок індукційного струму правило звучить так: «Індукційний струм спрямований так, щоб своїм магнітним полем протидіяти зміні магнітного потоку, яким він викликаний». Права рука розгорнута долонею назустріч магнітним силовим лініям, при цьому великий палець спрямований у бік руху провідника, а чотири пальці показують, в якому напрямку тектиме індукційний струм. Переміщуючи провідник, ми переміщаємо разом із провідником усі електрони, що у ньому, а при переміщенні в магнітному полі електричних зарядів на них діятиме сила за правилом лівої руки.

Напрямок індукційного струму, як і його величина, визначається правилом Ленца, в якому говориться, що напрямок індукційного струму завжди послаблює дію фактора, що збудив струм. При зміні потоку магнітного поля через контур напрямок індукційного струму буде таким, щоб компенсувати ці зміни. Коли магнітне поле збудливе струм у контурі створюється в іншому контурі, напрямок індукційного струму залежить від характеру змін: при збільшенні зовнішнього струму індукційний струм має протилежний напрямок, при зменшенні - спрямований в ту ж сторону і прагнути посилити потік.

Котушка з індукційним струмом має два полюси (північний та південний), які визначаються залежно від напрямку струму: індукційні лінії виходять із північного полюса. Наближення магніту до котушки викликає появу струму з напрямком, що відштовхує магніт. При видаленні магніту струм у котушці має напрямок, що сприяє притягненню магніту.

Індукційний струм виникає у замкнутому контурі, що знаходиться в змінному магнітному полі. Контур може бути як нерухомим (поміщеним у змінний потік магнітної індукції), так і рухомим (рух контуру викликає зміну магнітного потоку). Виникнення індукційного струму зумовлює вихрове електричне поле, яке збуджується під впливом магнітного поля.

Про те, як створити короткочасний індукційний струм, можна дізнатися зі шкільного курсу фізики.

Для цього є кілька способів:

• - переміщення постійного магніту або електромагніту щодо котушки,
• - переміщення осердя щодо вставленого в котушку електромагніту,
• - замикання та розмикання ланцюга,
• - Регулювання струму в ланцюзі.

Основний закон електродинаміки (закон Фарадея) свідчить, що сила індукційного струму будь-якого контуру дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що проходить через контур, взятої зі знаком мінус. Сила індукційного струму має назву електрорушійної сили.

Виникнення у провіднику ЕРС індукції

Якщо помістити в провідник і переміщати його так, щоб він при своєму русі перетинав силові лінії поля, то у провіднику виникне звана ЕРС індукції.

ЕРС індукції виникне у провіднику і в тому випадку, якщо сам провідник залишиться нерухомим, а переміщатиметься магнітне поле, перетинаючи провідник своїми силовими лініями.

Якщо провідник, в якому наводиться ЕРС індукції, замкнути на будь-який зовнішній ланцюг, то під дією цієї ЕРС ланцюгом потече струм, званий індукційним струмом.

Явище індуктування ЕРСу провіднику при перетині його силовими лініями магнітного поля називається електромагнітною індукцією.

Електромагнітна індукція - це зворотний процес, тобто перетворення механічної енергії на електричну.

Явище електромагнітної індукції знайшло найширше застосування. На використанні його ґрунтується пристрій різних електричних машин.

Величина та напрямок ЕРС індукції

Розглянемо тепер, якими будуть величина та напрямок індуктованої у провіднику ЕРС.

Розмір ЕРС індукції залежить від кількості силових ліній поля, що перетинають провідник в одиницю часу, тобто від швидкості руху провідника в полі.

Розмір індуктованої ЕРС перебуває у прямої залежності від швидкості руху провідника в магнітному полі.

Розмір індуктованої ЕРС залежить також і від довжини тієї частини провідника, яка перетинається силовими лініями поля. Чим більша частина провідника перетинається силовими лініями поля, тим більша ЕРС індукується у провіднику. І, нарешті, чим сильніше магнітне поле, тобто чим більше його індукція, тим більша ЕРС виникає у провіднику, що перетинає це поле.

Отже, величина ЕРС індукції, що виникає у провіднику при його русі в магнітному полі, прямо пропорційна індукції магнітного поля, довжині провідника та швидкості його переміщення.

Залежність ця виражається формулою Е = Blv,

де Е – ЕРС індукції; В – магнітна індукція; I – довжина провідника; v – швидкість руху провідника.

Слід твердо пам'ятати, що у провіднику, що переміщається в магнітному полі, ЕРС індукції виникає лише у тому випадку, якщо цей провідник перетинається магнітними силовими лініями поля.Якщо ж провідник переміщається вздовж силових ліній поля, тобто не перетинає, а ніби ковзає по них, то ніякий ЕРС у ньому не індуктується. Тому наведена вище формула справедлива лише у тому випадку, коли провідник переміщається перпендикулярно магнітним силовим лініям поля.

Напрямок індуктованої ЕРС (а також струму в провіднику) залежить від того, в яку сторону рухається провідник. Для визначення напрямку індукованої ЕРС існує правило правої руки.

Якщо тримати долоню правої руки так, щоб до неї входили магнітні силові лінії поля, а відігнутий великий палець вказував напрям руху провідника, то витягнуті чотири пальці вкажуть напрям дії індуктованої ЕРС і напрям струму в провіднику.

Правило правої руки

ЕРС індукції в котушці

Ми вже говорили, що для створення в провіднику ЕРС індукції необхідно переміщати в магнітному полі або сам провідник або магнітне поле. У тому й іншому випадку провідник повинен перетинатися магнітними силовими лініями поля, інакше ЕРС не індукуватиметься. Індуктовану ЕРС, а отже, і індукційний струм можна отримати не тільки в прямолінійному провіднику, а й у провіднику, оточеному котушкою.

При русі всередині постійного магніту в ній індуктується ЕРС за рахунок того, що магнітний потік магніту перетинає витки котушки, т. Е. Так само, як це було при русі прямолінійного провідника в полі магніту.

Якщо магніт опускати в котушку повільно, то ЕРС, що виникає в ній, буде настільки мала, що стрілка приладу може навіть не відхилитися. Якщо ж, навпаки, магніт швидко ввести в котушку, відхилення стрілки буде великим. Значить, величина индуктируемой ЕРС, отже, і сила струму в котушці залежить від швидкості руху магніту, т. е. від цього, наскільки швидко силові лінії поля перетинають витки котушки. Якщо тепер по черзі вводити в котушку з однаковою швидкістю спочатку сильний магніт, а потім слабкий, можна помітити, що при сильному магніті стрілка приладу відхилятиметься на більший кут. Значить, величина индуктируемой ЕРС, отже, і сила струму в котушці залежить від величини магнітного потоку магніту.

І, нарешті, якщо вводити з однаковою швидкістю один і той же магніт спочатку в котушку з більшим числом витків, а потім із значно меншим, то в першому випадку стрілка приладу відхилиться більший кут, ніж у другому. Значить, величина индуктируемой ЕРС, отже, і сила струму в котушці залежить від її витків. Ті самі результати можна отримати, якщо замість постійного магніту застосовувати електромагніт.

Напрямок ЕРС індукції в котушці залежить від напрямку переміщення магніту. Про те, як визначати напрямок ЕРС індукції, говорить закон, встановлений Е. X. Ленцем.

Закон Ленца для електромагнітної індукції

Будь-яка зміна магнітного потоку всередині котушки супроводжується виникненням у ній ЕРС індукції, причому чим швидше змінюється магнітний потік, що пронизує котушку, тим більша ЕРС у ній індукується.

Якщо котушка, в якій створена ЕРС індукції, замкнена на зовнішній ланцюг, то витками її йде індукційний струм, що створює навколо провідника магнітне поле, внаслідок чого котушка перетворюється на соленоїд. Виходить таким чином, що зовнішнє магнітне поле, що змінюється, викликає в котушці індукційний струм, якою, у свою чергу, створює навколо котушки своє магнітне поле - поле струму.

Вивчаючи це, Е. X. Ленц встановив закон, визначальний напрямок індукційного струму в котушці, отже, і напрямок ЕРС індукції. ЕРС індукції, що виникає у котушці при зміні в ній магнітного потоку, створює в котушці струм такого напрямку, при якому магнітний потік котушки, створений цим струмом, перешкоджає зміні стороннього магнітного потоку.

Закон Ленца справедливий всім випадків індуктування струму у провідниках, незалежно від форми провідників і від цього, яким способом досягається зміна зовнішнього магнітного поля.

Під час руху постійного магніту щодо дротяної котушки, приєднаної до клем гальванометра, або під час руху котушки щодо магніту виникає індукційний струм.

Індукційні струми у масивних провідниках

Змінний магнітний потік здатний індукувати ЕРС у витках котушки, а й у масивних металевих провідниках. Пронизуючи товщу потужного провідника, магнітний потік індукує в ньому ЕРС, що створює індукційні струми. Ці так звані поширюються масивним провідником і коротко замикаються в ньому.

Сердечники трансформаторів, магнітопроводи різних електричних машин і апаратів являють собою саме ті масивні провідники, які нагріваються індукційними струмами, що виникають в них. Явище це небажано, тому зменшення величини індукційних струмів частини електричних машин і сердечники трансформаторів роблять не масивними, а які складаються з тонких листів, ізольованих друг від друга папером чи шаром ізоляційного лаку. Завдяки цьому перегороджується шлях поширення вихрових струмів масою провідника.

Але іноді на практиці вихрові струми використовуються і як корисні струми. На використанні цих струмів заснована, наприклад, робота і так званих магнітних заспокійників рухомих частин електровимірювальних приладів.

Тема 11. ЯВА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ.

11.1. Досліди Фарадея. Індукційний струм. Правило Ленца. 11.2. Розмір ЕРС індукції.

11.3. Природа ЕРС індукції.

11.4. Циркуляція вектор напруженості вихрового електричного поля.

11.5. Бетатрон.

11.6. Токи Фуко.

11.7. Скін-ефект.

11.1. Досліди Фарадея. Індукційний струм. Правило Ленца.

З моменту відкриття зв'язку магнітного поля зі струмом (що є підтвердженням симетрії законів природи), робилися численні спроби отриматиструм за допомогою магнітного поля. Завдання було вирішено Майклом Фарадеєм в 1831р. (Американець Джозеф Генрі теж відкрив, але не встиг опублікувати свої результати. Ампер також претендував на відкриття, але не зміг подати свої результати).

Фарадей Майкл (1791 - 1867) - знаменитий англійський фізик. Дослідження у галузі електрики, магнетизму, магнітооптики, електрохімії. Створив лабораторну модель електродвигуна. Відкрив екстроструми при замиканні та розмиканні ланцюга та встановив їх напрямок. Відкрив закони електролізу, перший ввів поняття поля та діелектричної проникності, в 1845 р. вжив термін «магнітне поле».

До того ж М. Фарадей відкрив явища діа і парамагнетизму. Він встановив, що всі матеріали в магнітному полі поводяться по-різному: орієнтуються по полю (пара і феромагнетики) або впоперек

поля – діамагнетики.

Зі шкільного курсу фізики досліди Фарадея добре відомі: котушка та постійний магніт (Рис.11.1)

Мал. 11.1 Мал. 11.2

Якщо підносити магніт до котушки чи навпаки, то котушці виникне електричний струм. Те саме з двома близько розташованими котушками: якщо до однієї з котушок підключити джерело змінного струму, то в іншій так само виникне змінний струм

(Мал.11.2), але найкраще цей ефект проявляється, якщо дві котушки з'єднати сердечником (Мал.11.3).

За визначенням Фарадея загальним для цих дослідів є те, що: якщо потік

вектор індукції, що пронизує замкнутий, що проводить контур змінюється, то в контурі виникає електричний струм.

Це явище називаютьявищем електромагнітної індукції, а струм – індукційним . При цьому явище зовсім не залежить від способу зміни потоку вектора магнітної індукції.

Отже, виходить, що заряди (струм), що рухаються, створюють магнітне поле, а магнітне поле, що рухається, створює (вихрове) електричне поле і, власне індукційний струм.

Для кожного конкретного випадку Фарадей вказував напрямок індукційного струму. У 1833 р. Ленц встановив загальне правило знаходження напряму струму:

індукційний струм завжди спрямований так, що магнітне поле цього струму перешкоджає зміні магнітного потоку, що викликає індукційний струм. Це твердження зветься правило Ленца.

Заповнення всього простору однорідним магнетиком призводить за інших рівних умов збільшення індукції в µ раз. Цей факт підтверджує те, що

індукційний струм обумовлений зміною потоку вектора магнітної індукції B, а не потоку вектора напруженості H.

11.2. Розмір ЕРС індукції.

Для створення струму в ланцюзі потрібна наявність електрорушійної сили. Тому явище електромагнітної індукції свідчить про те, що при зміні магнітного потоку в контурі виникає електрорушійна сила індукції E i . Наша

Завдання , використовуючи закони збереження енергії, знайти величину E i і з'ясувати її

Розглянемо переміщення рухомої ділянки 1 – 2 контури зі струмом у магнітному полі

B (Мал. 11.4).

Нехай спочатку магнітне поле B відсутнє. Батарея з ЕРС рівною E 0 створює

Струм I 0 . За час dt, батарея здійснює роботу

dA = E · I0 dt (11.2.1)

– ця робота переходитиме в тепло, яке можна знайти за законом Джоуля-Ленца:

Q = dA = E 0 I0 · dt = I0 2 · Rdt,

тут I 0 = E R 0 , R - повний опір всього контуру.

Помістимо контур однорідне магнітне поле з індукцією B . Лінії B | | n пов'язані з напрямом струму правилом свердловин. ПотокФ, зчеплений з контуром - позитивний.

Кожен елемент контуру зазнає механічної сили d F . Рухлива сторона рамки випробовуватиме силу F 0 . Під дією цієї сили участок1 – 2

переміщатиметься зі швидкістю υ = dx dt . При цьому зміниться і магнітний потік

індукції.

Тоді в результаті електромагнітної індукції струм у контурі зміниться та стане

результуюча). Ця сила за час dt здійснить роботу dA: dA = Fdx = IdФ.

Як і у випадку, коли всі елементи рамки є нерухомими, джерелом роботи є E 0 .

При нерухомому контурі ця робота зводилася тільки до виділення тепла. У нашому випадку тепло теж виділятиметься, але вже в іншій кількості, оскільки струм змінився. Крім того, відбувається механічна робота. Загальна робота за час dt дорівнює:

E 0 Idt = I2 R dt + I dФ

Помножимо ліву та праву частину цього виразу на

Отримаємо

Отримане вираз ми маємо право розглядати як закон Ома для контуру, в якому крім джерела E 0 діє E i , яка дорівнює:

ЕРС індукції контуру (E i )	дорівнює швидкості зміни потоку магнітної

індукції, що пронизує цей контур.

Цей вираз для ЕРС індукції контуру є абсолютно універсальним, що не залежить від способу зміни потоку магнітної індукції і має назву

закон Фарадея.

Знак (-) - математичний виразправила Ленца щодо спрямування індукційного струму: індукційний струм завжди спрямований так, щоб своїм полем

протидіяти зміні початкового магнітного поля.

Напрямок індукційного струму та напрямок d dt Ф пов'язані правилом свердла(Мал. 11.5).

Розмірність ЕРС індукції: [E i] = [Ф] = Bc =B.tc

Якщо контур складається з кількох витків, треба користуватися поняттям

потокозчеплення (повний магнітний потік):

Ψ = Ф·N,

де N - Число витків. Отже, якщо

E i = -∑						∑Ф i
i= 1
∑ Ф = Ψ
Ei = −

11.3. Природа ЕРС індукції.

Відповімо на запитання, що причина руху зарядів, причина виникнення індукційного струму? Розглянемо рисунок 11.6.

1) Якщо переміщати провідник в однорідному магнітному полі B , то під дією сили Лоренца електрони відхилятимуться вниз, а позитивні заряди вгору - виникає різниця потенціалів. Це і буде E i-стороння сила, під дією

якою тече струм. Як ми знаємо, для позитивних зарядів

F л = q +; для електронів F л = -e -.

2) Якщо провідник нерухомий, а чи змінюється магнітне поле, яка сила збуджує індукційний струм у цьому випадку? Візьмемо звичайний трансформатор (Мал.11.7).

Як тільки замкнули ланцюг первинної обмотки, у вторинній обмотці відразу виникає струм. Але ж сила Лоренца тут ні до чого, адже вона діє на заряди, що рухаються, а вони на початку спочивали (перебували в тепловому русі – хаотичному, а тут потрібен спрямований рух).

Відповідь було дано Дж. Максвеллом в 1860 р.: всяке змінне магнітне поле збуджує у навколишньому просторі електричне полі (Е).Воно є причиною виникнення індукційного струму в провіднику. Тобто" виникає тільки за наявності змінного магнітного поля (на постійному струмі трансформатор не працює).

Сутність явища електромагнітної індукції зовсім не в появі індукційного струму (струм з'являється тоді, коли є заряди та замкнутий ланцюг),а у виникненні вихрового електричного поля (Не тільки у провіднику, а й у навколишньому просторі, у вакуумі).

Це поле має зовсім іншу структуру, ніж поле, яке створюється зарядами. Так як воно не створюється зарядами, то силові лінії не можуть починатися і закінчуватися на зарядах, як це було в електростатиці. Це поле вихрове, силові лінії його замкнуті.

Якщо це поле переміщує заряди, отже, воно має силу. Введемо

вектор напруженості вихрового електричного поля E". Сила з якою це поле діє на заряд

F" = q E ".

Але коли заряд рухається у магнітному полі, на нього діє сила Лоренца

F" = q.
Ці сили мають бути рівними в силу закону збереження енергії:
q E " = − q , звідси,
E" = - [vr, B].
тут v r - швидкість руху заряду q щодо B . Але	для явища
електромагнітної індукції важливою є швидкість зміни магнітного поля B . Тому
можна записати:
E " = − ,