Краткая теория. Явление электромагнитной индукции состоит в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в проводящем контуре

Явление электромагнитной индукции состоит в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в проводящем контуре, площадь которого пронизывается изменяющимся во времени магнитным потоком. Под действием этой ЭДС в замкнутом контуре возникает электрический ток. Эта ЭДС получила название ЭДС индукции (), а ток – индукционный (). Значение определяется лишь скоростью изменения магнитного потока и не зависит от того, чем вызвано это изменение – деформацией контура, его перемещением в магнитном поле, изменением самого магнитного поля или совместным действием этих причин.

М. Фарадей, обобщив многочисленные опытные факты, установил закон электромагнитной индукции: ЭДС электромагнитной индукции в контуре, площадь которого пронизывается изменяющимся во времени магнитным потоком, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром, т.е.

.

Э. Х. Ленц, который исследовал взаимосвязь между направлением индукционного тока в контуре и причиной, вызвавшей этот ток, установил в закономерность, называемую правилом Ленца:

Индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот индукционный ток.

Магнитным потоком ( потоком вектора магнитной индукции ) сквозь малую поверхность площадью dS называется физическая величина:

где ; – единичный вектор нормали к площадке dS; – проекция вектора на направление нормали. Малая площадка dS выбирается так, чтобы ее можно было считать плоской, а магнитное поле в её пределах – однородным. есть число линий магнитной индукции, проходящих через единицу поверхности.

Если магнитное поле неоднородно, а рассматриваемая поверхность не плоская, то эту поверхность можно разбить на бесконечно малые элементы dS. Каждый элемент поверхности можно рассматривать как плоскую площадку, а любое поле на протяжении этого элемента как однородное. Магнитный поток сквозь произвольную поверхность S определяется по формуле:

.

Рис. 1

Рассмотрим участок проводника с током, который перемещается в магнитном поле, перпендикулярно к плоскости контура (рис. 1). Работа, совершенная силой dF при перемещении на dx участка проводника dl с током I, будет равна:

Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию и называется силой Ампера:

.

В скалярном виде, для рассматриваемого случая, . Элементарная работа, совершаемая магнитным полем, определится выражением

Произведение – площадь, пересекаемая проводником при его перемещении в магнитном поле, – поток вектора магнитной индукции, пронизывающий эту площадь. Тогда работа при перемещении контура в магнитном поле равна

.