Электромагнитная индукция закон Фарадея

8.1 Магнитный поток

Магнитный поток вектора индукции магнитного поля определяется также как и поток вектора напряженности электростатического поля (см. раздел 5.5), т.е. магнитный поток – это количество силовых линий, пронизывающих площадку S, перпендикулярную силовым линиям. Для однородного магнитного поля поток находится по формуле

, (8.1)

где – угол между направлением силовых линий магнитного поля и нормалью, восстановленной к площадке S.

Для неоднородного магнитного поля поток магнитной индукции соответственно определяется по формуле:

. (8.2)

Размерность магнитного потока в системе СИ: [Ф]=[B][S]=1Тл∙1м²= = 1Вб (Вебер).

8.2 Явление электромагнитной индукции

С момента открытия связи магнитного поля с электрическим током делались попытки возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Это удалось Фарадею, открывшему в 1831 году явление электромагнитной индукции. Суть явления в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего проводящий контур, в контуре возникает электрический ток, называемый индукционным. Возникновение индукционного тока свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции .

По закону Фарадея ЭДС индукции магнитного поля прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока и не зависит от способа изменения потока:

.

Знак ”–“ объясняется правилом Ленца: индукционный ток имеет такое направление, чтобы созданное им магнитное поле препятствовало вызвавшему его изменению магнитного потока.

Рисунок 8.1

Применим это правило к случаю, изображенному на рисунке 8.1 относительному движению витка и магнита. Изменяющийся магнитный поток индуцирует ЭДС, которая возбуждает в витке ток, а этот ток создает собственное магнитное поле. На рисунке 8.1 а изображен случай, когда расстояние между витком и магнитом уменьшается; следовательно, индукция магнитного поля, а стало быть, и магнитный поток через виток увеличиваются. Силовые линии магнита направлены вверх. Чтобы противодействовать увеличению такого поля, поле индукционного тока должно быть направлено вниз. Таким образом, согласно правилу Ленца, направление тока должно быть таким, как показано на рисунке (воспользуйтесь правилом правой руки). На рисунке 8.1 б поток уменьшается и поэтому индукционный ток создает поле, направленное вверх, «пытаясь» противодействовать этому изменению. Направление индукционного тока должно быть таким, как показано на рисунке.

Из формул для магнитного потока (8.1 и 8.2) видно, что магнитный поток можно изменять тремя способами:

1) изменяя, индукцию магнитного поля во времени;

2) изменяя площадь контура, который охватывает проводник с током;

3) изменяя угол a между направлением силовых линий и нормалью, проведенной к площадке охваченной контуром, т.е., вращая контур в магнитном поле.