Электромагниттік индукция. Фарадей заңы

1831 жылы ағылшын физигі Фарадей электромагниттік индукция құбылысын ашты. Бұл құбылыстың мазмұны: кез келген тұйық өткізгіш контурда осы контурмен шектелген ауданнан өтетін магнит индукциясының ағынын өзгертсек, онда электр тогы пайда болады. Осы токты индукциялық ток деп атайды. Тұйық контурдағы индукциялық ток контур ауданы арқылы өтетін индукция ағыны өзгергенде ғана туады. Олай болса, индукциялық тізбекте электр қозғаушы күші пайда болып, ол электромагниттік индукцияның электр қозғаушы күші деп аталады. Ол магнит ағыны өзгерісінің жылдамдығына пропорционал болады. ; (14.1)

Осы формула Фарадей заңын өрнектейді. Ток индукциясының электр индукциясынан айырмашылығы сол,ол тек тогы бар өткізгіштердің немесе магнит өрісінің басқадай көздерінің қозғалысы кезінде,сондай-ақ өткізгіштегі токты өзгерту кезінде ғана байқалады. Бұны Фарадейдің тәжірибелері растайды. 1-тәжірибе. L катушка гальвонометрге жалғанған.Сонан соң катушканың өзегіне жылдамдықпен тұрақты магнит ендіріледі.Осының нәтижесінде гальвонометр стрелкасының белгілі бір бағытқа бұрылғаны байқалады.Магнитті жылдамдықпен L катушкадан суырып алғанда әлгі стрелка қарама-қарсы бағытқа ауытқиды.

2-тәжірибе. L₂ катушкасы L₁ катушкасының ішіне сұғылып орнатылады. L₂ катушкасының ұштары гальвонометрге жалғанады. I тізбектегі токты айнымалы кедергі арқылы өзгерте отырып, ІІ тізбекте токтың пайда болуын бақылайды.

3-тәжірибе.Катушка жұмсақ өткізгіштен бірнеше ондаған орам болып жасалады. Катушканы созу немесе сығымдау арқылы оның ауданын өзгертуге болады. Егер ұштары гальвонометрге қосылған катушканың жанына магнит қойып,ол катушка чығымдалса немесе созылса, гальвонометр қарама-қарсы бағытта токтың пайда болғанын көрсетеді. Индукциялық токтың ЭҚК есебінен туатынын осы тәжірибелер көрсетеді.Өткізгішке сыртқы айнымалы магнит өрісі әсер ету нәтижесінде тізбекте ЭҚК пайда болады:

ε_i=-K

мұндағы k-пропорционалдық коэффициенті.

Индукция ЭҚК теріс таңбамен алынған магниттік ағынның өзгеру жылдамдығына пропорционал.

Өткізгіш кедергісінің белгілі мәнінде индукциялық тоқтын шамасын Ом заңы бойынша анықтауға болады:

I_i=

Тұйық өткізгіштің магнит өрісін кез келген жағдайдағы қиып өтуі I_i тогын тудыра бермейді.Тұйық өткізгіште I_i тогы пайда болуы үшін ілгерілмелі қозғалыстың біртекті емес өрісте жасалуы немесе өткізгіш қамтитын ауданның өзгеруі қажет.

Бұл Максвеллдің dФ-ге берген тұжырымында қамтылған.dФ-берілген контурмен ұласқан магниттік ағынның өзгерісі.Ұласқан ағын дегеніміз-өткізгіш қамтитын ауданды тесіп өтетін ағын Ф-дің өткізгіш орамының санына көбейтіндісі болады.Осы тұжырымға сәйкес,

Ф=NBS cos

Өрнектеп Ф-ді бірнеше тәсілмен өзгертуге болатыны байқалды. Мысалы:

1.B=const, S=const, ал β=β(t).

2. B=const, β=const, ал S=S(t).

3. S=const, β=const, ал B=B(t).

Ф-ді өзгертудің жалпы санын үш параметрден (B, S, β) бір-бірден жасалған терудің санымен, яғни 6 тәсілмен анықтауға болады. Контурда индукцияланған электрдің мөлшерін мына формуламен анықтауға болады:

I_idt=-

Индукцияның ЭҚК сыртқы ЭҚК болып табылады.Себебі оны тудыру үшін магнит өрісін тудыратын энергия шығындалады.Сыртқы ЭҚК анықтамасы бойынша

ε_i=-

деп жазуымызға болады. Бұл өрнек Максвеллдің екінші теңдеуінің дербес түрі блдып табылады.