Билет № 17

Электромагнитная индукция. Магнитный поток.

Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца

План ответа

1. Опыты по электромагнитной индукции. 2. Магнитный поток. 3. Закон электромагнитной ин-дукции. 4. Правило Ленца.

Явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 г. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного по-ля внутри замкнутого контура в нем возникает элек-трический ток, который называют индукционным током. Опыты Фарадея можно воспроизвести сле-дующим образом: при внесении или вынесении маг-нита в катушку, замкнутую на гальванометр, в ка-тушке возникает индукционный ток (рис. 24). Если рядом расположить две катушки (например, на об-щем сердечнике или одну катушку внутри другой) и одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток (рис. 25). Объяснение этого явле-ния было дано Максвеллом. Любое переменное маг-нитное поле всегда порождает переменное электриче-ское поле.

Для количественной характеристики процесса изменения магнитного поля через замкнутый контур вводится физическая величина под названием маг-нитный поток. Магнитным потоком через замкну-тый контур площадью S называют физическую вели-чину, равную произведению модуля вектора магнит-ной индукции В на площадь контура S и на косинус угла а между направлением вектора магнитной ин-дукции и нормалью к площади контура. Ф = BS cos б (рис. 26).

Опытным путем был установлен основной за-кон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по величине скорости из-менения магнитного потока через контур. о = ДФ/t..

Если рассматривать катушку, содержащую п витков, то формула основного закона электромагнитной ин-дукции будет выглядеть так: о = n ДФ/t.

Единица измерения магнитного потока Ф -- вебер (Вб): 1В6 =1В*c.

Из основного закона ДФ =о t следует смысл размерности: 1 вебер -- это величина такого магнит-ного потока, который, уменьшаясь до нуля за одну секунду, через замкнутый контур наводит в нем ЭДС индукции 1 В.

Классической демонстрацией основного закона электромагнитной индукции является первый опыт Фарадея: чем быстрее перемещать магнит через вит-ки катушки, тем больше возникает индукционный ток в ней, а значит, и ЭДС индукции.

Зависимость направления индукционного тока от характера изменения магнитного поля через замкнутый контур в 1833 г. опытным путем устано-вил русский ученый Ленц. Он сформулировал прави-ло, носящее его имя. Индукционный ток имеет та-кое направление, при котором его магнитное поле стремится скомпенсировать изменение внешнего магнитного потока через контур. Ленцем был скон-струирован прибор, представляющий собой два алю-миниевых кольца, сплошное и разрезанное, укреп-ленные на алюминиевой перекладине и имеющие возможность вращаться вокруг оси, как коромысло. (рис. 27). При внесении магнита в сплошное кольцо оно начинало «убегать» от магнита, поворачивая со-ответственно коромысло. При вынесении магнита из кольца кольцо стремилось «догнать» магнит. При движении магнита внутри разрезанного кольца ни-какого эффекта не происходило. Ленц объяснял опыт тем, что магнитное поле индукционного тока стре-милось компенсировать изменение внешнего магнит-ного потока.