Відомий вчений, що відкрив явище електромагнітної індукції. Електромагнітна індукція

Досі ми розглядали електричні та магнітні поля, які не змінювалися з часом. Було з'ясовано, що електричне поле створюється електричними зарядами, А магнітне поле - зарядами, що рухаються, тобто електричним струмом. Перейдемо до знайомства з електричним та магнітним полями, які змінюються з часом.

Самий важливий факт, який вдалося виявити, - це найтісніший взаємозв'язок між електричним та магнітним полями. Магнітне поле, що змінюється в часі, породжує електричне поле, а електричне поле, що змінюється, породжує магнітне поле. Без зв'язку між полями різноманітність проявів електромагнітних силне було б настільки широким, яким воно є насправді. Не існувало б ні радіохвиль, ні світла.

Не випадково перший, вирішальний крок у відкритті нових властивостей електромагнітних взаємодійбув зроблений основоположником уявлень про електромагнітне поле - Фарадеєм. Фарадей був впевнений у єдиній природі електричних і магнітних явищ. Завдяки цьому він зробив відкриття, яке згодом лягло в основу пристрою генераторів усіх електростанцій світу, що перетворюють механічну енергію на енергію електричного струму. (Інші джерела: гальванічні елементи, акумулятори та ін - дають нікчемну частку енергії, що виробляється.)

Електричний струм, розмірковував Фарадей, здатний намагнітити шматок заліза. Чи не може магніт, у свою чергу, спричинити появу електричного струму?

Довгий час цей зв'язок виявити не вдавалося. Важко було додуматися до головного, а саме: тільки магніт, що рухається, або магнітне поле, що міняється в часі, може порушити електричний струм у котушці.

Якісь випадковості могли перешкодити відкриттю, показує наступний факт. Майже водночас із Фарадеєм швейцарський фізик Колладон намагався отримати електричний струм у котушці за допомогою магніту. Працюючи він користувався гальванометром, легка магнітна стрілка якого містилася всередині котушки приладу. Щоб магніт не безпосередньо впливав на стрілку, кінці котушки, в яку Колладон всував магніт, сподіваючись отримати в ній струм, були виведені в сусідню кімнатуі там приєднані до гальванометру. Вставивши магніт у котушку, Колладон ішов у сусідню кімнату і з прикрістю

переконувався, що гальванометр не вказує струму. Варто б йому весь час спостерігати за гальванометром і попросити когось зайнятися магнітом, чудове відкриття було б зроблено. Але цього не сталося. Магніт, що спочиває щодо котушки, не викликає в ній струму.

Явище електромагнітної індукціїполягає у виникненні електричного струму в провідному контурі, який або спочиває в змінному в часі магнітному полі, або рухається в постійному магнітному полі таким чином, що кількість ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється. Воно було відкрито 29 серпня 1831 р. Рідкісний випадок, коли дата нового чудового відкриття відома так точно. Ось опис першого досвіду, дане самим Фарадеєм:

«На широку дерев'яну котушку був намотаний мідний дріт завдовжки 203 фути і між витками його намотаний дріт такої ж довжини, але ізольований від першої бавовняної ниткою. Одна з цих спіралей була з'єднана з гальванометром, а інша - з сильною батареєю, що складається зі 100 пар пластин... При замиканні ланцюга вдавалося помітити раптову, але надзвичайно слабку дію на гальванометрі, і те саме помічалося при припиненні струму. При безперервному проходженні струму через одну зі спіралей не вдавалося відзначити ні дії на гальванометр, ні взагалі будь-якої індукційної дії на іншу спіраль, незважаючи на те, що нагрівання всієї спіралі, з'єднаної з батареєю, і яскравість іскри, що проскакує між вугіллям, свідчили про потужності батареї» (Фарадей М. « Експериментальні дослідженняз електрики», 1-а серія).

Отже, спочатку була відкрита індукція у нерухомих один щодо одного провідниках при замиканні та розмиканні ланцюга. Потім, ясно розуміючи, що зближення або видалення провідників зі струмом має призводити до того ж результату, що і замикання і розмикання ланцюга, Фарадей за допомогою дослідів довів, що струм виникає при переміщенні котушок друг

щодо друга. Знайомий з працями Ампера, Фарадей розумів, що магніт - це сукупність дрібних струмів, що циркулюють у молекулах. 17 жовтня, як зареєстровано у його лабораторному журналі, було виявлено індукційний струму котушці під час всування (або висування) магніту. Протягом одного місяця Фарадей дослідним шляхом відкрив усі суттєві особливостіявища електромагнітної індукції

Нині досліди Фарадея може повторити кожен. Для цього треба мати дві котушки, магніт, батарею елементів та досить чутливий гальванометр.

В установці, зображеній на малюнку 238, індукційний струм виникає в одній з котушок при замиканні або розмиканні електричного ланцюгаіншої котушки, нерухомої щодо першої. В установці малюнку 239 з допомогою реостата змінюється сила струму у одній з котушок. На малюнку 240 а індукційний струм з'являється при русі котушок один щодо одного, а на малюнку 240 б - при русі постійного магнітущодо котушки.

Вже сам Фарадей уловив те спільне, від чого залежить поява індукційного струму в дослідах, які виглядають по-різному.

У замкнутому провідному контурі виникає струм при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують площу, обмежену цим контуром. І чим швидше змінюється число ліній магнітної індукції, тим більше індукційний струм, що виникає. При цьому причина зміни числа ліній магнітної індукції байдужа. Це може бути і зміна числа ліній магнітної індукції, що пронизують площу нерухомого провідного контуру внаслідок зміни сили струму в сусідній котушці (рис. 238), і зміна числа ліній індукції внаслідок руху контуру в неоднорідному магнітному полі, густота ліній якого змінюється в просторі (рис. 241).

Сьогодні ми розповімо про явище електромагнітної індукції. Розкриємо, чому цей феномен був відкритий і яку користь приніс.

Шовк

Люди завжди прагнули жити краще. Хтось може подумати, що це привід звинуватити людство в жадібності. Але часто мова йдепро набуття елементарної побутової зручності.

У середньовічної Європивміли робити тканини вовняні, бавовняні та лляні. А ще в той час люди страждали від надлишку бліх та вошей. При цьому у китайській цивілізації вже навчилися віртуозно ткати шовк. Одяг з нього не підпускав кровососів до шкіри людини. Лапки комах ковзали по гладкій тканині, і воші звалювалися. Тому європейці захотіли будь-що одягатися в шовк. А торговці подумали, що це ще одна нагода розбагатіти. Тому було прокладено Великий шовковий шлях.

Тільки так бажану тканину доставляли Європі, що страждає. І настільки багато людей залучалися до процесу, що в результаті виникали міста, імперії сперечалися за право стягувати податки, а деякі відрізки шляху досі найбільше зручний спосібдістатись потрібного місця.

Компас та зірка

На шляху караванів з шовком вставали гори та пустелі. Бувало, що характер місцевості залишався тим самим тижні та місяці. Степові дюни змінювалися такими ж пагорбами, один перевал слідував за іншим. І людям треба було якось орієнтуватися, щоби доставити свій цінний вантаж.

Першими на допомогу прийшли зірки. Знаючи, який сьогодні день і яких сузір'їв очікувати, досвідчений мандрівник завжди міг визначити, де південь, де схід, і куди йти. Але людей із достатнім обсягом знань завжди не вистачало. Та й час точно відраховувати тоді не вміли. Захід сонця, схід сонця - ось і всі орієнтири. А снігова чи піщана буря, похмура погода унеможливлювали навіть можливість бачити полярну зірку.

Потім люди (ймовірно, давні китайці, але вчені ще сперечаються щодо цього) зрозуміли, що один мінерал завжди певним чином розташований по відношенню до сторін світу. Ця властивість використовувалась, щоб створити перший компас. До відкриття явища електромагнітної індукції було далеко, але початок було покладено.

Від компасу до магніту

Сама назва «магніт» походить від топоніму. Ймовірно, перші компаси робилися з руди, що видобувається на пагорбах Магнезії. Ця область знаходиться в Малій Азії. І виглядали магніти як чорне каміння.

Перші компаси були дуже примітивними. У чашу чи іншу ємність наливалася вода, зверху клався тонкий диск із плавучого матеріалу. А в центр диска містилася намагнічена стрілка. Один її кінець завжди вказував на північ, інший – на південь.

Важко навіть уявити, що караван зберігав воду для компаса, поки від спраги вмирали люди. Але не втратити напрямок і дозволити людям, тваринам та товару дістатися до безпечного місцябуло важливіше кількох окремих життів.

Компаси виготовляли безліч подорожей і зустрічалися з різними феноменами природи. Не дивно, що електромагнітної індукції було відкрито у Європі, хоча магнітна руда спочатку добувалася Азії. Ось таким хитромудрим чином бажання європейських мешканців спати зручніше призвело до найважливішого відкриття фізики.

Магнітне чи електричне?

На початку дев'ятнадцятого століття вчені зрозуміли, як отримувати постійний струм. Було створено першу примітивну батарейку. Її вистачало для того, щоб пустити по металевим провідникам потік електронів. Завдяки першому джерелу електрики було здійснено низку відкриттів.

У 1820 році датський вчений Ганс Крістіан Ерстед з'ясував: магнітна стрілка відхиляється поряд із включеним у мережу провідником. Позитивний полюс компаса завжди розташований належним чином по відношенню до напрямку струму. Вчений виробляв досвід у всіх можливих геометріях: провідник був над або під стрілкою, вони розташовувалися паралельно чи перпендикулярно. У результаті завжди виходило одне й те саме: включений струм рухав магніт. Так було передбачено відкриття явища електромагнітної індукції.

Але думка вчених має підтверджуватись експериментом. Відразу після досвіду Ерстеда англійський фізик Майкл Фарадей запитав: «Магнітне та електричне поле просто впливають один на одного, або вони пов'язані вже?» Першим вчений перевірив припущення, що й електричне полі змушує відхилятися намагнічений предмет, то магніт повинен породжувати струм.

Схема досвіду проста. Нині її може повторити будь-який школяр. Тонкий металевий дріт був згорнутий у формі пружини. Її кінці підключалися до приладу, що реєструє струм. Коли поруч із котушкою рухався магніт – стрілка пристрою показувала напругу електричного поля. У такий спосіб було виведено закон електромагнітної індукції Фарадея.

Продовження дослідів

Але це не все, що зробив учений. Раз магнітне та електричне поле пов'язані тісно, ​​потрібно з'ясувати, наскільки.

Для цього Фарадей до однієї обмотки підвів струм і всунув її всередину іншої такої ж обмотки радіусом більше за першу. І знову було індуковано електрику. Таким чином, вчений довів: заряд, що рухається, породжує і електричне, і магнітне поля одночасно.

Варто підкреслити, що йдеться про рух магніту або магнітного полявсередині замкнутого контуру пружини. Тобто потік має постійно змінюватися. Якщо цього немає, струм не генерується.

Формула

Закон Фарадея для електромагнітної індукції виражається формулою

Розшифруємо символи.

ε означає ЕРС або електрорушійну силу. Ця величина скалярна (тобто не векторна), і вона показує роботу, яку прикладають якісь сили чи закони природи, щоб створити струм. Слід зазначити, що роботу повинні виконувати обов'язково неелектричні явища.

Φ - це магнітний потік крізь замкнутий контур. Ця величинає твором двох інших: модуля вектора магнітної індукції та площі замкнутого контуру. Якщо магнітне поле діє на контур не строго перпендикулярно, то до твору додається косинус кута між вектором і нормаллю до поверхні.

Наслідки відкриття

За цим законом були інші. Наступні вчені встановлювали залежність напруженості електричного струму від потужності, опору від матеріалу провідника. Вивчалися нові властивості, створювалися неймовірні сплави. Нарешті, людство розшифрувало структуру атома, вникло в таємницю народження та смерті зірок, розкрило геном живих істот.

І всі ці звершення вимагали величезної кількостіресурсів, а насамперед електрики. Будь-яке виробництво чи велике наукове дослідження проводилися там, де були доступні три складові: кваліфіковані кадри, безпосередньо матеріал, з яким треба працювати та дешева електроенергія.

А це було можливо там, де сили природи могли надавати великий момент обертання ротору: річки з перепадом висот, долини з сильними вітрами, розлами з надлишком геомагнітної енергії.

Цікаво, що сучасний спосіботримувати електрику не відрізняється принципово від дослідів Фарадея. Магнітний ротор дуже швидко обертається усередині великої котушки дроту. Магнітне поле в обмотці постійно змінюється і генерується електричний струм.

Звичайно, підібрані та найкращий матеріалдля магніту і провідників, і технологія всього процесу зовсім інша. Але суть в одному: використовується принцип, відкритий на простій системі.

Вектор магнітної індукції \(~\vec B\) характеризує магнітне поле у ​​кожній точці простору. Введемо ще одну величину, яка залежить від значення вектора магнітної індукції не в одній точці, а у всіх точках довільно вибраної поверхні. Цю величину називають потоком вектора магнітної індукції, або магнітним потоком.

Виділимо у магнітному полі настільки малий елемент поверхні площею Δ Sщоб магнітну індукцію у всіх його точках можна було вважати однаковою. Нехай \(~\vec n\) - нормаль до елемента, що утворює кут α із напрямом вектора магнітної індукції (рис. 1).

Поток вектора магнітної індукції через поверхню площею Δ Sназивають величину, рівну добуткумодуля вектора магнітної індукції \(~\vec B\) на площу Sта косинус кута α між векторами \(~\vec B\) та \(~\vec n\) (нормаллю до поверхні):

\(~\Delta \Phi = B \cdot \Delta S \cdot \cos \alpha\) .

твір B∙cos α = У n є проекцією вектора магнітної індукції на нормаль до елемента. Тому

\(~\Delta \Phi = B_n \cdot \Delta S\) .

Потік може бути як позитивним, так і негативним залежно від значення кута α .

Якщо магнітне поле однорідне, то потік через плоску поверхнюплощею Sдорівнює:

\(~\Phi = B \cdot S \cdot \cos \alpha\) .

Потік магнітної індукції наочно може бути витлумачений як величина, пропорційна числу ліній вектора \(~\vec B\) , що пронизують цей майданчик поверхні.

Взагалі кажучи, поверхня може бути замкнута. У цьому випадку число ліній індукції, що входять усередину поверхні, дорівнює кількості ліній, що виходять з неї (рис. 2). Якщо поверхня замкнута, то позитивною нормаллю до поверхні прийнято вважати зовнішню нормаль.

Лінії магнітної індукції замкнуті, що означає рівність нуля потоку магнітної індукції через замкнуту поверхню. (Виходять із поверхні лінії дають позитивний потік, а вхідні – негативний.) Це фундаментальне властивість магнітного поля пов'язані з відсутністю магнітних зарядів. Якби не було електричних зарядів, то й електричний потік через замкнуту поверхню дорівнював би нулю.

Електромагнітна індукція

Відкриття електромагнітної індукції

У 1821 р. Майкл Фарадей записав у своєму щоденнику: «Перетворити магнетизм на електрику». Через 10 років це завдання було ним вирішено.

М. Фарадей був упевнений у єдиній природі електричних та магнітних явищ, але довгий часвзаємозв'язок цих явищ виявити не вдавалося. Важко було додуматися до головного: магнітне поле, що тільки міняється в часі, може порушити електричний струм у нерухомій котушці або сама котушка повинна рухатися в магнітному полі.

Відкриття електромагнітної індукції, як назвав Фарадей це явище, було зроблено 29 серпня 1831 року. короткий описпершого досвіду, дане самим Фарадеєм. «На широку дерев'яну котушку був намотаний мідний дріт завдовжки 203 фути (фут дорівнює 304,8 мм), і між витками його намотаний дріт такої ж довжини, але ізольований від першої бавовняної нитки. Одна з цих спіралей була з'єднана з гальванометром, а інша - з сильною батареєю, що складається зі 100 пар пластин... При замиканні ланцюга вдалося помітити раптову, але надзвичайно слабку дію на гальванометр, і те саме помічалося при припиненні струму. При безперервному проходженні струму через одну зі спіралей не вдавалося відзначити ні дії на гальванометр, ні взагалі будь-якої індукційної дії на іншу спіраль, хоча нагрівання всієї спіралі, з'єднаної з батареєю, і яскравість іскри, що проскакує між вугіллям, свідчили про потужність батареї».

Отже, спочатку була відкрита індукція у нерухомих один щодо одного провідниках при замиканні та розмиканні ланцюга. Потім, ясно розуміючи, що зближення чи видалення провідників зі струмом має призводити до того ж результату, як і замикання і розмикання ланцюга, Фарадей з допомогою дослідів довів, що струм виникає при переміщенні котушок щодо одне одного (рис. 3).

Знайомий з працями Ампера, Фарадей розумів, що магніт - це сукупність дрібних струмів, що циркулюють у молекулах. 17 жовтня, як зареєстровано у його лабораторному журналі, було виявлено індукційний струм у котушці під час всування (або висування) магніту (рис. 4).

Протягом одного місяця Фарадей дослідним шляхом відкрив усі суттєві особливості явища електромагнітної індукції. Залишалося тільки надати закону сувору кількісну формуі повністю розкрити фізичну природуявища. Вже сам Фарадей уловив те спільне, від чого залежить поява індукційного струму в дослідах, які виглядають по-різному.

У замкнутому проводить контурі виникає струм при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню, обмежену цим контуром. Це називається електромагнітної індукцією.

І чим швидше змінюється кількість ліній магнітної індукції, тим більше струм, що виникає. При цьому причина зміни числа ліній магнітної індукції байдужа. Це може бути зміна числа ліній магнітної індукції, що пронизують нерухомий провідник внаслідок зміни сили струму в сусідній котушці, і зміна числа ліній внаслідок руху контуру в неоднорідному магнітному полі, густота ліній якого змінюється в просторі (рис. 5).

Правило Ленца

Індукційний струм, що виник у провіднику, негайно починає взаємодіяти з струмом, що його породив, або магнітом. Якщо магніт (або котушку зі струмом) наближати до замкнутого провідника, то індукційний струм, що з'являється, своїм магнітним полем обов'язково відштовхує магніт (котушку). Для зближення магніту та котушки потрібно здійснити роботу. При видаленні магніту з'являється тяжіння. Це правило виконується неухильно. Уявіть собі, що справа була б інакше: ви підштовхнули магніт до котушки, і він сам собою кинувся б всередину неї. При цьому порушився закон збереження енергії. Адже механічна енергіямагніту збільшилася б і одночасно виникав струм, що саме собою вимагає витрати енергії, бо струм теж може виконувати роботу. Індукований у якорі генератора електричний струм, взаємодіючи з магнітним полем статора, гальмує обертання якоря. Тільки тому для обертання якоря потрібно виконувати роботу, тим більшу, чим більша сила струму. За рахунок цієї роботи і виникає індукційний струм. Цікаво відзначити, що якби магнітне поле нашої планети було дуже великим і неоднорідним, то швидкі рухипровідних тіл на її поверхні та в атмосфері були б неможливі через інтенсивну взаємодію індукованого в тілі струму з цим полем. Тіла рухалися б як у щільному в'язкому середовищі і при цьому сильно розігрівалися б. Ані літаки, ані ракети не могли б літати. Людина не могла б швидко рухати ні руками, ні ногами, оскільки людське тіло- непоганий провідник.

Якщо котушка, в якій наводиться струм, нерухома щодо сусідньої котушки з змінним струмом, Як, наприклад, у трансформатора, то і в цьому випадку напрямок індукційного струму диктується законом збереження енергії. Цей струм завжди спрямований так, що створене ним магнітне поле прагне зменшити зміни струму в первинній обмотці.

Відштовхування або тяжіння магніту котушкою залежить від напрямку індукційного струму в ній. Тому закон збереження енергії дозволяє сформулювати правило, що визначає напрямок індукційного струму. У чому різниця двох дослідів: наближення магніту до котушки та його видалення? В першому випадку магнітний потік(або число ліній магнітної індукції, що пронизують витки котушки), збільшується (рис. 6, а), а в другому випадку - зменшується (рис. 6, б). Причому у першому випадку лінії індукції У' магнітного поля, створеного індукційним струмом, що виник у котушці, виходять з верхнього кінця котушки, так як котушка відштовхує магніт, а в другому випадку, навпаки, входять в цей кінець. Ці лінії магнітної індукції малюнку 6 зображені штрихом.

Тепер ми підійшли до головного: зі збільшенням магнітного потоку через витки котушки індукційний струм має такий напрям, що створюване ним магнітне поле перешкоджає наростанню магнітного потоку через витки котушки. Адже вектор індукції \(~\vec B"\) цього поля спрямований проти вектора індукції \(~\vec B\) поля, зміна якого породжує електричний струм. Якщо ж магнітний потік через котушку слабшає, то індукційний струм створює магнітне поле з індукцією \(~\vec B"\) , що збільшує магнітний потік через витки котушки.

У цьому полягає сутність загального правилавизначення напряму індукційного струму, що застосовується у всіх випадках. Це було встановлено російським фізиком Еге. X. Ленцем (1804-1865).

Згідно правилу Ленца

що виникає в замкнутому контурііндукційний струм має такий напрямок, що створений ним магнітний потік через поверхню, обмежену контуром, прагне перешкоджати тій зміні потоку, що породжує даний струм.

індукційний струм має такий напрям, що перешкоджає причині його зухвалої.

У разі надпровідників компенсація зміни зовнішнього магнітного потоку буде повною. Потік магнітної індукції через поверхню, обмежену надпровідним контуром, взагалі не змінюється з часом за жодних умов.

Закон електромагнітної індукції

Досліди Фарадея показали, що сила індукційного струму I i у провідному контурі пропорційна швидкості зміни числа ліній магнітної індукції \(~\vec B\) , що пронизують поверхню, обмежену цим контуром. Більше точно це твердження можна сформулювати, використовуючи поняття магнітного потоку.

Магнітний потік наочно тлумачиться як число ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню площею S. Тому швидкість зміни цього числа не що інше, як швидкість зміни магнітного потоку. Якщо за малий час? tмагнітний потік змінюється на Δ Ф, то швидкість зміни магнітного потоку дорівнює \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Тому твердження, яке випливає безпосередньо з досвіду, можна сформулювати так:

сила індукційного струму пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром:

\(~I_i \sim \frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Відомо, що в ланцюзі виникає електричний струм у тому випадку, коли на вільні заряди діють сторонні сили. Роботу цих сил під час переміщення одиничного позитивного зарядууздовж замкнутого контуру називають електрорушійною силою. Отже, при зміні магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, у ньому з'являються сторонні сили, дія яких характеризується ЕРС, званою ЕРС індукції. Позначимо її літерою E i.

Закон електромагнітної індукції формулюється саме для ЕРС, а чи не для сили струму. При такому формулюванні закон виражає сутність явища, яка залежить від властивостей провідників, у яких виникає індукційний струм.

Згідно закону електромагнітної індукції (ЕМІ)

ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром:

\(~|E_i| = |\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)|\) .

Як у законі електромагнітної індукції врахувати напрямок індукційного струму (або знак ЕРС індукції) відповідно до правила Ленца?

На малюнку 7 зображено замкнутий контур. Вважатимемо позитивним напрямок обходу контуру проти годинникової стрілки. Нормаль до контуру \(~\vec n\) утворює правий гвинт із напрямом обходу. Знак ЕРС, тобто питомої роботи, залежить від напрямку сторонніх сил по відношенню до напрямку обходу контуру. Якщо ці напрями збігаються, то E i > 0 і відповідно I i > 0. Інакше ЕРС та сила струму негативні.

Нехай магнітна індукція зовнішнього магнітного поля спрямована вздовж нормалі до контуру і зростає з часом. Тоді Ф> 0 і (~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) > 0. Згідно з правилом Ленца індукційний струм створює магнітний потік Ф’ < 0. Линии индукции B' магнітного поля індукційного струму зображені на рис. 7 штрихом. Отже, індукційний струм I i спрямований за годинниковою стрілкою (проти позитивного напрямку обходу) та ЕРС індукції негативна. Тому в законі електромагнітної індукції має стояти знак мінус:

\(~E_i = - \frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

У Міжнародній системі одиниць закон електромагнітної індукції використовують задля встановлення одиниці магнітного потоку. Цю одиницю називають вебером (Вб).

Оскільки ЕРС індукції E i виражають у вольтах, а час у секундах, то із закону ЕМІ вебер можна визначити наступним чином:

магнітний потік через поверхню, обмежену замкнутим контуром, дорівнює 1 Вб, якщо при рівномірному спаданні цього потоку до нуля за 1 с в контурі виникає ЕРС індукції дорівнює 1 В:

1 Вб = 1 В ∙ 1 с.

Вихрове поле

Змінюючись у часі, магнітне поле породжує електричне поле.. До цього висновку вперше дійшов Дж. Максвелл.

Тепер явище електромагнітної індукції постає перед нами у новому світлі. Головне у ньому – це процес породження магнітним полем поля електричного. При цьому наявність провідного контуру, наприклад котушки, не змінює суті справи. Провідник із запасом вільних електронів(або інших частинок) лише допомагає виявити електричне поле, що виникає. Поле надає руху електрони в провіднику і тим самим виявляє себе. Сутність явища електромагнітної індукції в нерухомому провіднику полягає не так у появі індукційного струму, як у виникненні електричного поля, яке приводить в рух електричні заряди.

Електричне поле, що виникає за зміни магнітного поля, має зовсім іншу структуру, ніж електростатичне. Воно пов'язане безпосередньо з електричними зарядами, та її лінії напруженості що неспроможні ними починатися і закінчуватися. Вони взагалі ніде не починаються і не закінчуються, а являють собою замкнуті лінії, подібні до ліній індукції магнітного поля. Це так зване вихрове електричне поле. Може виникнути питання: а чому, власне, це поле називається електричним? Адже він має інше походження та іншу конфігурацію, ніж статичне електричне поле. Відповідь проста: вихрове поле діє на заряд qтак само, як і електростатична, а це ми вважали і вважаємо головною властивістю поля. Сила, що діє на заряд, як і дорівнює \(~\vec F = q \vec E\) , де \(~\vec E\) - напруженість вихрового поля. Якщо магнітний потік створюється однорідним магнітним полем, сконцентрованим у довгій вузькій циліндричній трубці радіусом r 0 (рис. 8), то з міркувань симетрії очевидно, що лінії напруженості електричного поля лежать у площинах, перпендикулярним лініям\(~\vec B\) , і є кола. Відповідно до правила Ленца при зростанні магнітної індукції \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \right)\) лінії напруженості \(~\vec E\) утворюють лівий гвинт з напрямком магнітної індукції \(~\vec B\) .

На відміну від статичного або стаціонарного електричного поля, робота вихрового поля на замкнутому шляху не дорівнює нулю. Адже при переміщенні заряду вздовж замкнутої лінії напруженості електричного поля робота на всіх ділянках шляху має один і той же знак, оскільки сила та переміщення збігаються у напрямку. Вихрове електричне поле, як і магнітне поле, не потенційне.

Робота вихрового електричного поля переміщення одиничного позитивного заряду вздовж замкнутого нерухомого провідника чисельно дорівнює ЕРС індукції у цьому провіднику.

Отже, змінне магнітне поле породжує електричне вихрове поле. Але чи не видається вам, що одного твердження тут недостатньо? Хочеться знати, який же механізм даного процесу. Чи не можна пояснити, як цей зв'язок полів здійснюється в природі? І ось тут ваша природна допитливість не може бути задоволена. Жодного механізму тут просто немає. Закон електромагнітної індукції – це фундаментальний законприроди, отже, основний, первинний. Дієм його можна пояснити багато явищ, але сам він залишається незрозумілим просто з тієї причини, що немає глибших законів, з яких він випливав би у вигляді слідства. У всякому разі, зараз такі закони невідомі. Такими є основні закони: закон тяжіння, закон Кулона тощо.

Ми, звичайно, вільні ставити перед природою будь-які питання, але не всі вони мають сенс. Так, наприклад, можна і потрібно досліджувати причини різних явищ, але намагатися з'ясувати, чому взагалі існує причинність - марно. Така природа речей, такий світ, де ми живемо.

Література

1. Жилко В.В. Фізика: Навч. посібник для 10-го кл. загальноосвіт. шк. з рос. яз. навчання/В.В. Жилко, О.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. - Мн.: Нар. асвета, 2001. - 319 с.
2. Мякішев, Г.Я. Фізика: Електродинаміка. 10-11 кл. : навч. для поглибленого вивченняфізики/Г.Я. Мякішев, А.3. Синяков, В.А. Слобідськ. - М.: Дрофа, 2005. - 476 с.

Електромагнітна індукція- Явлення виникнення електричного струму в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, що проходить через нього. Електромагнітна індукція була відкрита Майклом Фарадеєм 29 серпня 1831 року. Він виявив, що електрорушійна сила (ЕРС), що виникає в замкнутому провідному контурі, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену цим контуром. Величина електрорушійної сили залежить від того, що причиною зміни потоку - зміна самого магнітного поля чи рух контуру (чи його частини) в магнітному полі. Електричний струм, викликаний цією ЕРС, називається індукційним струмом.

Енциклопедичний YouTube

• 1 / 5

  Відповідно до закону електромагнітної індукції Фарадея (в СІ):

  E = − d Φ B d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi _(B)) \over dt))- електрорушійна сила, що діє вздовж довільно обраного контуру, = ∬ S B → ⋅ d S → , (\displaystyle =\iint \limits _(S)(\vec (B))\cdot d(\vec (S)),)- магнітний поток через поверхню, обмежену цим контуром.

  Знак «мінус» у формулі відбиває правило Ленца, назване так на ім'я російського фізика Е. Х. Ленца:

  Індукційний струм, що виникає в замкненому провідному контурі, має такий напрямок, що створюване ним магнітне поле протидіє зміні магнітного потоку, яким був викликаний даний струм.

  Для котушки, що знаходиться в змінному магнітному полі, закон Фарадея можна записати так:

  E = − N d Φ B d t = − d Ψ d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-N((d\Phi _(B)) \over dt)=-((d\Psi ) \over dt)) E (\displaystyle (\mathcal (E)))- електрорушійна сила, N (\displaystyle N)- Число витків, Φ B (\displaystyle \Phi _(B))- магнітний потік через один виток, Ψ (\displaystyle \Psi )- потокозчеплення котушки.

  Векторна форма

  У диференціальній формі закон Фарадея можна записати у наступному вигляді:

  rot E → = − ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (rot) \,(\vec (E))=-(\partial (\vec (B)) \over \partial t))(У системі СІ) rot E → = − 1 c ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (rot) \,(\vec (E))=-(1 \over c)(\partial (\vec (B)) \over \ partial t))(У системі СГС).

  В інтегральній формі (еквівалентній):

  ∮ ∂ S ⁡ E → ⋅ d l → = − ∂ t ∫ S B → ⋅ d s → (\displaystyle \oint _(\partial S)(\vec (E))\cdot (\vec (dl))=-( \partial \over \partial t)\int _(S)(\vec (B))\cdot (\vec (ds)))(СІ) ∮ ∂ S ⁡ E → ⋅ d l → = − 1 c ∂ t ∫ S B → ⋅ d s → (\displaystyle \oint _(\partial S)(\vec (E))\cdot (\vec (dl))= -(1 \over c)(\partial \over \partial t)\int _(S)(\vec (B))\cdot (\vec (ds)))(СМР)

  Тут E → (\displaystyle (\vec (E)))- Напруженість, електричного поля, B → (\displaystyle (\vec (B)))- магнітна індукція, S (\displaystyle S\)- Довільна поверхня, - її межа. Контур інтегрування ∂ S (\displaystyle \partial S)мається на увазі фіксованим (нерухомим).

  Слід зазначити, що закон Фарадея в такій формі, очевидно, описує лише ту частину ЕРС, що виникає при зміні магнітного потоку через контур за рахунок зміни з часом поля без зміни (руху) меж контуру (про врахування останнього див. нижче).

  Якщо ж, скажімо, магнітне поле постійно, а магнітний потік змінюється внаслідок руху кордонів контуру (наприклад, при збільшенні його площі), то ЕРС, що виникає, породжується силами, що утримують заряди на контурі (у провіднику) і силою Лоренця, що породжується прямою дією магнітного поля на заряди, що рухаються (з контуром). При цьому рівність E = − d Φ / d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi )/dt))продовжує дотримуватися, але ЕРС у лівій частині тепер не зводиться до ∮ ⁡ E → ⋅ d l → (\displaystyle \oint (\vec (E))\cdot (\vec (dl)))(яке в даному окремому прикладі взагалі дорівнює нулю). У загальному випадку(коли і магнітне поле змінюється з часом, і контур рухається або змінює форму) остання формула правильна так само, але ЕРС у лівій частині в такому разі є сума обох доданків, згаданих вище (тобто породжується частково вихровим електричним полем, а частково силою Лоренца і силою реакції провідника, що рухається).

  Потенційна форма

  При вираженні магнітного поля через векторний/потенціал закон Фарадея набуває вигляду:

  E → = − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-(\partial (\vec (A)) \over \partial t))(у разі відсутності безвихрового поля, тобто тоді, коли електричне поле породжується повністю лише зміною магнітного, тобто електромагнітною індукцією).

  Загалом, при обліку та безвихрового (наприклад, електростатичного) поля маємо:

  E → = − ∇ φ − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\partial (\vec (A)) \over \partial t))

  Детальніше

  Оскільки вектор магнітної індукції за визначенням виражається через векторний потенціалтак:

  B → = r o t A → ≡ ∇ × A → , (\displaystyle (\vec (B))=rot\ (\vec (A))\equiv \nabla \times (\vec (A)),)

  то можна підставити цей вираз у

  r o t E → ≡ ∇ × E → = − ∂ B → ∂ t , (\displaystyle rot\ (\vec (E))\equiv \nabla \times (\vec (E))=-(\frac (\partial ( \vec (B)))(\partial t)),) ∇ × E → = − ∂ (∇ × A →) ∂ t , (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))=-(\frac (\partial (\nabla \times (\vec (A))) ))(\partial t)),)

  і, помінявши місцями диференціювання за часом та просторовими координатами (ротор):

  ∇ × E → = − ∇ × ∂ A → ∂ t. (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))=-\nabla \times (\frac (\partial (\vec (A)))(\partial t)).)

  Звідси, оскільки ∇ × E → (\displaystyle \nabla \times (\vec (E)))повністю визначається правою частиноюостаннього рівняння видно, що вихрова частина електричного поля (та частина, яка має ротор, на відміну від безвихрового поля ∇ φ (\displaystyle \nabla \varphi)) - повністю визначається виразом

  − ∂ A → ∂ t . (\displaystyle -(\frac (\partial (\vec (A)))(\partial t)).)

  Тобто. у разі відсутності безвихрової частини можна записати

  E → = − ∂ A → ∂ t , (\displaystyle (\vec (E))=-(\frac (\partial (\vec (A)))(\partial t)),)

  а в загальному випадку

  E → = − ∇ φ − d A → d t. (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\frac (d(\vec (A)))(dt)).) 1831 року настав тріумф: він відкрив явище електромагнітної індукції. Установка, на якій Фарадей зробив своє відкриття, полягала в тому, що Фарадей виготовив кільце з м'якого заліза приблизно 2 см завширшки і 20 см діаметром і намотав багато витків мідного дроту на кожній половині кільця. Ланцюг однієї обмотки замикав дріт, в її витках знаходилася магнітна стрілка, віддалена настільки, щоб не давалася взнаки дія магнетизму, створеного в кільці. Через другу обмотку пропускався струм від батареї гальванічних елементів. При включенні струму магнітна стрілка робила кілька вагань і заспокоювалася; коли струм переривали, стрілка знову вагалася. З'ясувалося, що стрілка відхилялася в одну сторону при включенні струму та в іншу, коли струм переривався. М. Фарадей встановив, що "перетворювати магнетизм на електрику" можна і за допомогою звичайного магніту.

  В той самий час американський фізикДжозеф Генрі також успішно проводив досліди з індукції струмів, але поки він збирався опублікувати результати своїх дослідів, у пресі з'явилося повідомлення М. Фарадея про відкриття ним електромагнітної індукції.

  М. Фарадей прагнув використати відкрите їм явище, щоб отримати нове джерелоелектрики.

  Після відкриттів Ерстеда і Ампера стало ясно, що електрика має магнітну силу. Тепер необхідно підтвердити вплив магнітних явищ на електричні. Це завдання блискуче вирішив Фарадей.

  Майкл Фарадей (1791-1867) народився в Лондоні, в одній із найбідніших його частин. Його батько був ковалем, а мати – дочкою землероба-орендаря. Коли Фарадей досяг шкільного віку, його віддали до початкової школи. Курс, пройдений Фарадеєм тут, був дуже вузький і обмежувався лише навчанням читання, письма та початків рахунку.

  За кілька кроків від будинку, в якому жила родина Фарадеїв, знаходилася книгарня, яка була разом з тим і палітурним закладом. Сюди й потрапив Фарадей, закінчивши курс початкової школиколи виникло питання про вибір професії для нього. Майклу тим часом минуло лише 13 років. Вже в юнацькому віціКоли Фарадей щойно починав свою самоосвіту, він прагнув спиратися виключно на факти і перевіряти повідомлення інших власними дослідами.

  Ці прагнення домінували в ньому все життя як основні його риси наукової діяльностіФізичні та хімічні досліди Фарадей став робити ще хлопчиком при першому ж знайомстві з фізикою та хімією. Якось Майкл відвідав одну з лекцій Гемфрі Деві, великого англійського фізика.

  Фарадей зробив докладний запис лекції, переплів її та відіслав Деві. Той був настільки вражений, що запропонував Фарадею працювати з ним як секретар. Незабаром Деві вирушив у подорож Європою і взяв із собою Фарадея. За два роки вони завітали до найбільших європейських університетів.

  Повернувшись до Лондона у 1815 році, Фарадей почав працювати асистентом в одній із лабораторій Королівського інституту в Лондоні. У той час це була одна з кращих фізичних лабораторій світу З 1816 по 1818 Фарадей надрукував ряд дрібних нотаток і невеликих мемуарів з хімії. До 1818 належить перша робота Фарадея з фізики.

  Спираючись на досліди своїх попередників і скомбінувавши кілька власних дослідів, до вересня 1821 Майкл надрукував «Історію успіхів електромагнетизму». Вже в цей час він склав цілком правильне поняттяпро сутність явища відхилення магнітної стрілки під впливом струму.

  Досягши цього успіху, Фарадей цілих десять років залишає заняття у сфері електрики, присвятивши себе дослідженню низки предметів іншого роду. У 1823 року Фарадеєм було зроблено одне з найважливіших відкриттів у сфері фізики - він уперше домігся зрідження газу, разом із тим встановив простий, але дійсний метод обігу газів у рідину. У 1824 році Фарадей зробив кілька відкриттів у галузі фізики.

  Серед іншого він встановив той факт, що світло впливає на колір скла, змінюючи його. Наступного року Фарадей знову звертається від фізики до хімії, і результатом його робіт у цій галузі є відкриття бензину та сірчано-нафталінової кислоти.

  У 1831 році Фарадей опублікував трактат «Про особливий оптичний обман», що послужив основою прекрасного і цікавого оптичного снаряда, що називається «хромотропом». Того ж року вийшов ще один трактат вченого «Про вібруючі платівки». Багато з цих робіт могли самі по собі обезсмертити ім'я їх автора. Але найважливішими з наукових працьФарадея є його дослідження в галузі електромагнетизму та електричної індукції.

  Строго кажучи, важливий відділ фізики, що трактує явища електромагнетизму та індукційної електрики, і що має нині таке величезне значення для техніки, був створений Фарадеєм з нічого.

  На той час, коли Фарадей остаточно присвятив себе дослідженням у галузі електрики, було встановлено, що за звичайних умов достатньо присутності наелектризованого тіла, щоб його вплив порушив електрику в будь-якому іншому тілі. Разом з тим було відомо, що дріт, яким проходить струм і який також являє собою наелектризоване тіло, не впливає на поміщені поруч інші дроти.

  Чому залежав цей виняток? Ось питання, яке зацікавив Фарадея і рішення якого привело його до найважливішим відкриттяму галузі індукційної електрики. За своїм звичаєм Фарадей почав ряд дослідів, які мали з'ясувати суть справи.

  На одну і ту ж дерев'яну качалку Фарадей намотав паралельно один одному два ізольовані дроти. Кінці одного дроту він з'єднав із батареєю з десяти елементів, а кінці іншого – з чутливим гальванометром. Коли був пропущений струм через перший дріт,

  Фарадей звернув всю свою увагу на гальванометр, чекаючи помітити по коливаннях його появу струму і в другому дроті. Однак нічого такого не було: гальванометр залишався спокійним. Фарадей вирішив збільшити силу струму та ввів у ланцюг 120 гальванічних елементів. Результат вийшов той самий. Фарадей повторив цей досвід десятки разів і все з тим самим успіхом.

  Будь-який інший на його місці залишив би досліди, переконаний, що струм, що проходить через дріт, не впливає на сусідній дріт. Але фарадей намагався завжди витягти зі своїх дослідів і спостережень все, що вони можуть дати, і тому, не отримавши прямої дії на дріт, з'єднаний із гальванометром, почав шукати побічні явища.

  Відразу ж він помітив, що гальванометр, залишаючись абсолютно спокійним під час проходження струму, приходить у коливання при самому замиканні ланцюга і при розмиканні його Виявилося, що в той момент, коли в перший дріт пропускається струм, а також коли це пропускання припиняється, другий дроті також збуджується струм, що має в першому випадку протилежний напрямокз першим струмом і однакове з ним у другому випадку і триває лише одну мить.

  Ці вторинні миттєві струми, викликані впливом первинних, були названі Фарадеєм індуктивними, і ця назва збереглася за ними досі. Будучи миттєвими, миттєво зникаючи за своєю появою, індуктивні струми не мали б ніякого практичного значення, якби Фарадей не знайшов спосіб за допомогою дотепного пристосування (комутатора) безперервно переривати і знову проводити первинний струм, що йде від батареї по першому дроту, завдяки чому в другому дроті безперервно збуджуються нові і нові індуктивні струми, що стають, таким чином, постійними. Так було знайдено нове джерело електричної енергії, крім раніше відомих (тертя і хімічних процесів), - індукція, та новий видцієї енергії – індукційна електрика.

  Продовжуючи свої досліди, Фарадей відкрив далі, що досить простого наближення дроту, закрученого в замкнуту криву, до іншої, по якій йде гальванічний струм, щоб у нейтральному дроті порушити індуктивний струм напрямку, зворотного гальванічному струму, що видаляє нейтральний дроти. струм уже однакового напряму з гальванічним, що йде нерухомим дротом, і що, нарешті, ці індуктивні струми збуджуються тільки під час наближення і видалення дроту до провідника гальванічного струму, а без цього руху струми не збуджуються, як би близько один до одного дроту не знаходилися .

  Таким чином, було відкрито нове явище, аналогічне вищеописаному явищу індукції при замиканні та припинення гальванічного струму. Ці відкриття викликали, у свою чергу, нові. Якщо можна викликати індуктивний струм замиканням та припиненням гальванічного струму, то чи не вийде той самий результат від намагнічування та розмагнічування заліза?

  Роботи Ерстеда та Ампера встановили вже спорідненість магнетизму та електрики. Було відомо, що залізо робиться магнітом, коли навколо нього обмотаний ізольований дріт і останнім проходить гальванічний струм, і що магнітні властивості цього заліза припиняються, як тільки припиняється струм.

  Виходячи з цього, Фарадей придумав такого роду досвід: довкола залізного кільцябуло обмотано два ізольовані дроти; причому один дріт був обмотаний навколо однієї половини кільця, а інша - навколо іншої. Через один дріт пропускався струм від гальванічної батареї, а кінці іншої були з'єднані з гальванометром. І ось, коли струм замикався чи припинявся і коли, отже, залізне кільце намагнічувалося чи розмагнічувалося, стрілка гальванометра швидко вагалася і потім швидко зупинялася, тобто в нейтральному дроті порушувалися ті самі миттєві індуктивні струми - цього разу: вже під вплив.

  Таким чином, тут вперше магнетизм був перетворений на електрику. Отримавши ці результати, Фарадей вирішив урізноманітнити свої досліди. Замість залізного кільця він почав використовувати залізну смугу. Замість збудження в залізі магнетизму гальванічним струмом він намагнічував залізо дотиком до постійного сталевого магніту. Результат виходив той самий: у дроті, що обмотував залізо, завжди! збуджувався струм у момент намагнічування та розмагнічування заліза.

  Потім Фарадей вносив у дротяну спіраль сталевий магніт - наближення та видалення останнього викликало у дроті індукційні струми. Словом, магнетизм, у сенсі порушення індукційних, струмів, діяв так само, як і гальванічний струм.

  Тоді фізиків посилено займало одне загадкове явище, відкрите в 1824 Араго і не знаходило пояснення, незважаючи на; те, що цього пояснення посилено шукали такі видатні вчені на той час, як сам Араго, Ампер, Пуассон, Бабедж і Гершель.

  Справа полягала в наступному. Магнітна стрілка, що вільно висить, швидко приходить у стан спокою, якщо під неї підвести коло з немагнітного металу; якщо потім коло привести в обертальний рухмагнітна стрілка починає рухатися за ним.

  У спокійному стані не можна було відкрити ні найменшого тяжіння чи відштовхування між колом і стрілкою, тим часом як те саме коло, що знаходилося в русі, тягло за собою не тільки легку стрілку, а й важкий магніт. Це воістину чудове явищездавалося вченим того часу таємничою загадкою, що чимось виходить за межі природного.

  Фарадей, виходячи зі своїх вищевикладених даних, припустив, що гурток немагнітного металу, під впливом магніту, під час обертання оббігається індуктивними струмами, які впливають на магнітну стрілку і тягнуть її за магнітом.

  І справді, ввівши край гуртка між полюсами великого підковоподібного магніту і з'єднавши дротом центр і край гуртка з гальванометром, Фарадей отримав при обертанні гуртка постійний електричний струм.

  Потім Фарадей зупинився на іншому явище, що тоді викликало загальну цікавість. Як відомо, якщо посипати на магніт залізної тирси, вони групуються за певним лініямназивається магнітними кривими. Фарадей, звернувши увагу на це явище, дав основи в 1831 магнітним кривим назва «ліній магнітної сили», що увійшло потім у загальне вживання.

  Вивчення цих ліній привело Фарадея до нового відкриття, виявилося, що для збудження індуктивних струмів наближення і видалення джерела від магнітного полюсанеобов'язкові. Для збудження струмів достатньо перетнути відомим чиномлінії магнітної сили

  Подальші роботи Фарадея у згаданому напрямі набували, з сучасного йому погляду, характеру чогось зовсім чудового. На початку 1832 він демонстрував прилад, в якому збуджувалися індуктивні струми без допомоги магніту або гальванічного струму.

  Прилад складався із залізної смуги, поміщеної у дротяній котушці. Прилад цей за звичайних умов не давав жодної ознаки появи в ньому струмів; але тільки йому давалося напрям, відповідне напрямку магнітної стрілки, у дроті порушувався струм.

  Потім Фарадей давав положення магнітної стрілки одній котушці і потім вводив до неї залізну смугу: струм знову збуджувався. Причиною, яка викликала в цих випадках струм, був земний магнетизм, що викликав індуктивні струми подібно до звичайного магніту або гальванічного струму. Щоб наочніше показати і довести це, Фарадей зробив ще один досвід, який цілком підтвердив його міркування.

  Він міркував, що якщо коло з немагнітного металу, наприклад, з міді, обертаючись у положенні, при якому він перетинає лінії магнітної сили сусіднього магніту, дає індуктивний струм, то те ж коло, обертаючись без магніту, але в положенні, при якому коло перетинатиме лінії земного магнетизму, теж повинен дати індуктивний струм.

  Мідне коло, що обертається в горизонтальній площинідав індуктивний струм, що робив помітне відхилення стрілки гальванометра. Ряд досліджень у галузі електричної індукції Фарадей закінчив відкриттям, зробленим у 1835 році, «індуктуючого впливу струму на самого себе».

  Він з'ясував, що при замиканні або розмиканні гальванічного струму в самому дроті, що є провідником цього струму, збуджуються моментальні індуктивні струми.

  Російський фізик Еміль Христофорович Ленц (1804-1861) дав правило визначення напрями індукційного струму. «Індукційний струм завжди спрямований так, що створюване ним магнітне поле ускладнює або гальмує рух, що викликає індукцію, - зазначає А.А. Коробко-Стефанов у своїй статті про електромагнітну індукцію. - Наприклад, при наближенні котушки до магніту індукційний струм, що виникає, має такий напрямок, що створене ним магнітне поле буде протилежно магнітному полю магніту. В результаті між котушкою та магнітом виникають сили відштовхування.

  Правило Ленца випливає із закону збереження та перетворення енергії. Якби індукційні струми прискорювали їхній рух, то створювалася б робота з нічого. Котушка сама собою після невеликого поштовху прагнула б назустріч магніту, і водночас індукційний струм виділяв би в ній теплоту. Насправді індукційний струм створюється за рахунок роботи зі зближення магніту і котушки.

  Чому виникає індукційний струм? Глибоке пояснення явища електромагнітної індукції даланглійський фізик Джемс Клерк Максвелл - творець закінченої математичної теоріїелектромагнітного поля.

  Щоб краще зрозуміти суть справи, розглянемо простий досвід. Нехай котушка складається з одного витка дроту та пронизується змінним магнітним полем, перпендикулярним до площини витка. У котушці, звісно, ​​виникає індукційний струм. Винятково сміливо та несподівано тлумачив цей експеримент Максвелл.

  При зміні магнітного поля в просторі, на думку Максвелла, виникає процес, для якого присутність дротяного витка не має жодного значення. Головне тут – виникнення замкнутих кільцевих лінійелектричного поля, що охоплюють магнітне поле, що змінюється. Під дією електричного поля, що виникає, рухаються електрони, і в витку виникає електричний струм. Виток - це прилад, що дозволяє виявити електричне поле.

  Сутність явища електромагнітної індукції в тому, що змінне магнітне поле завжди породжує в навколишньому просторі електричне поле із замкнутими. силовими лініями. Таке поле називається вихровим».

  Дослідження в галузі індукції, що виробляється земним магнетизмомдали Фарадею можливість висловити ще в 1832 році ідею телеграфу, яка потім і лягла в основу цього винаходу. А взагалі відкриття електромагнітної індукції недарма відносять до найвидатніших відкриттям XIXстоліття - на цьому явищі заснована робота мільйонів електродвигунів та генераторів електричного струму у всьому світі.

  Джерело інформації: Самін Д. К. «Сто великих наукових відкриттів»., М.: «Віче», 2002 р.