Az elektromágneses indukció törvénye. Aki felfedezte az elektromágneses indukció jelenségét

Jelenség elektromágneses indukció Mile Faraday fedezte fel 1831-ben. Faraday még 10 évvel korábban is azon gondolkodott, hogyan lehet a mágnesességet elektromossággá változtatni. Úgy vélte, hogy a mágneses tér ill elektromos mező valahogy össze kell kötni.

Az elektromágneses indukció felfedezése

Például a használatával elektromos mező A vastárgyat mágnesezheti. Valószínűleg egy mágnes segítségével lehet megszerezni elektromosság.

Először Faraday fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét az egymáshoz képest álló vezetőkben. Amikor az egyikben áram jelent meg, a másik tekercsben is áram keletkezett. Sőt, a jövőben eltűnt, és csak akkor jelent meg újra, amikor az egyik tekercs áramellátását kikapcsolták.

Egy idő után Faraday kísérletekkel bebizonyította, hogy amikor egy áram nélküli tekercset egy másikhoz képest mozgatnak egy áramkörben, amelynek végein feszültséget kapcsolnak, az első tekercsben elektromos áram is megjelenik.

A következő kísérlet egy mágnes bevezetése volt a tekercsbe, és ezzel egyidejűleg áram is megjelent benne. Ezeket a kísérleteket a következő ábrák mutatják be.

Faraday megfogalmazta az áram megjelenésének fő okát egy zárt áramkörben. Egy zárt vezető áramkörben akkor keletkezik áram, ha az áramkört áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik.

Minél nagyobb ez a változás, annál erősebb lesz az indukciós áram. Nem mindegy, hogyan érjük el a mágneses indukció sorszámának változását. Ez például megtehető úgy, hogy a kontúrt nem egyenletes mágneses térben mozgatjuk, ahogy az a mágnessel vagy egy tekercs mozgásával történt kísérletben történt. És például megváltoztathatjuk az áramerősséget az áramkör melletti tekercsben, miközben az e tekercs által létrehozott mágneses tér megváltozik.

A törvény megfogalmazása

Foglaljuk össze röviden. Az elektromágneses indukció jelensége az áram előfordulásának jelensége egy zárt áramkörben, megváltozik a mágneses mező, amelyben ez az áramkör található.

Az elektromágneses indukció törvényének pontosabb megfogalmazásához be kell vezetni egy értéket, amely a mágneses teret jellemzi - a mágneses indukciós vektor fluxusát.

mágneses fluxus

A mágneses indukciós vektort B betűvel jelöljük. Ez a tér bármely pontjában jellemzi a mágneses teret. Tekintsünk most egy zárt kontúrt, amely a felületet S területtel határolja. Helyezzük azt egyenletes mágneses térbe.

A felülethez viszonyított normálvektor és a mágneses indukciós vektor között lesz némi a szög. Az S területű felületen áthaladó Ф mágneses fluxust nevezzük fizikai mennyiség, egyenlő a mágneses indukciós vektor modulusának és a felületnek, valamint a mágneses indukciós vektor és a körvonal normálja közötti szög koszinuszának szorzatával.

F \u003d B * S * cos (a).

A B*cos(a) szorzat a B vektor vetülete a normál n-re. Ezért a mágneses fluxus formája a következőképpen írható át:

A mágneses fluxus mértékegysége a weber. Jelölve 1 Wb. 1 Wb mágneses fluxus jön létre mágneses mező 1 T indukcióval 1 m ^ 2 felületen keresztül, amely merőleges a mágneses indukciós vektorra.

Oersted és Ampère felfedezései után világossá vált, hogy az elektromosságnak mágneses ereje van. Most meg kellett erősíteni a hatást mágneses jelenségek elektromosra. Ezt a problémát zseniálisan megoldotta Faraday.

Michael Faraday (1791-1867) Londonban, annak egyik legszegényebb részén született. Édesapja kovács volt, anyja egy bérlő gazda lánya volt. Amikor Faraday elérte az iskolás kort, általános iskolába küldték. Faraday kurzusa itt nagyon szűk volt, és csak az olvasás, az írás és a számolás kezdetére korlátozódott.

Néhány lépésre a háztól, ahol a Faraday család lakott, volt egy könyvesbolt, amely egyben könyvkötő is volt. Faraday ide jutott, miután elvégezte a tanfolyamot Általános Iskola amikor felmerült a kérdés a szakmaválasztással kapcsolatban. Michael ekkor még csak 13 éves volt. Faraday már fiatal korában, amikor még csak elkezdte önképzését, igyekezett kizárólag a tényekre hagyatkozni, és mások beszámolóit saját tapasztalataival igazolni.

Ezek a törekvések uralták egész életében, mint fő jellemzői tudományos tevékenység Fizikai és kémiai kísérletek Faraday már kisfiúként kezdte ezt csinálni, amikor először megismerkedett a fizikával és a kémiával. Egyszer Michael részt vett Humphry Davy, a nagy angol fizikus egyik előadásán.

Faraday részletesen feljegyezte az előadást, bekötötte és elküldte Davynek. Annyira lenyűgözte, hogy felajánlotta Faradaynek, hogy dolgozzon vele titkárként. Davy hamarosan Európába utazott, és magával vitte Faradayt. Két évig ellátogattak a legnagyobb európai egyetemekre.

1815-ben visszatérve Londonba, Faraday asszisztensként kezdett dolgozni a londoni Királyi Intézet egyik laboratóriumában. Akkoriban a világ egyik legjobb fizikai laboratóriuma volt, 1816-tól 1818-ig Faraday számos kis jegyzetet és kis emlékiratot publikált a kémiáról. Faraday első fizikai munkája 1818-ból származik.

Elődeik tapasztalatai alapján és több egyesítésével saját tapasztalatok 1821 szeptemberére Michael kinyomtatta "Az elektromágnesesség sikertörténetét". Már ekkor teljesen korrekt fogalmat alkotott a mágnestű áram hatására bekövetkező elhajlás jelenségének lényegéről.

Miután elérte ezt a sikert, Faraday tíz évre otthagyta az elektromosság területén folytatott tanulmányait, és számos különböző tárgy tanulmányozásának szentelte magát. 1823-ban Faraday tette az egyik legfontosabb felfedezést a fizika területén - először érte el a gáz cseppfolyósítását, és egyúttal egy egyszerű, de érvényes módszert hozott létre a gázok folyadékká alakítására. 1824-ben Faraday számos felfedezést tett a fizika területén.

Többek között megállapította, hogy a fény befolyásolja az üveg színét, megváltoztatja azt. NÁL NÉL következő év Faraday ismét a fizikától a kémia felé fordul, és ezen a területen végzett munkájának eredménye a benzin és a kénsav-naftalinsav felfedezése.

1831-ben Faraday kiadott egy értekezést Az optikai csalódás különleges fajtájáról, amely egy gyönyörű és furcsa optikai lövedék alapjául szolgált, amelyet "kromotropnak" neveznek. Ugyanebben az évben a tudós egy másik értekezése is megjelent "A vibráló lemezekről". E művek közül sok önmagában is megörökítheti szerzőjük nevét. De a legfontosabb tudományos munkák Faraday az elektromágnesesség és az elektromos indukció területén végzett kutatásai.

Szigorúan véve a fizika fontos, az elektromágnesesség és az induktív elektromosság jelenségeivel foglalkozó ágát, amely jelenleg a technológia számára oly nagy jelentőséggel bír, Faraday a semmiből hozta létre.

Mire Faraday végre az elektromosság kutatásának szentelte magát, megállapították, hogy a hétköznapi körülmények között egy villamosított test jelenléte elegendő ahhoz, hogy hatása minden más testben elektromosságot gerjesztsen. Ugyanakkor ismert volt, hogy a vezeték, amelyen az áram áthalad, és amely egyben villamosított test is, nincs hatással a közelben elhelyezett többi vezetékre.

Mi okozta ezt a kivételt? Ez az a kérdés, amely Faradayt érdekelte, és ennek megoldása vezetett el főbb felfedezések az indukciós elektromosság területén. Faraday szokásához híven kísérletsorozatba kezdett, aminek az ügy lényegét kellett volna tisztáznia.

Faraday két szigetelt vezetéket tekercselt egymással párhuzamosan ugyanazon a fa sodrófa. Az egyik vezeték végeit egy tíz elemből álló akkumulátorhoz kötötte, a másik végét pedig egy érzékeny galvanométerhez. Amikor az áram áthaladt az első vezetéken,

Faraday minden figyelmét a galvanométerre fordította, és arra számított, hogy annak rezgéseitől a második vezetékben is áram jelenik meg. Nem volt azonban semmi ilyesmi: a galvanométer nyugodt maradt. Faraday úgy döntött, hogy növeli az áramerősséget, és 120 galvánelemet vezetett be az áramkörbe. Az eredmény ugyanaz. Faraday több tucatszor megismételte ezt a kísérletet, mindegyik ugyanolyan sikerrel.

Bárki más a helyében otthagyta volna a kísérletet, mert meg volt győződve arról, hogy a vezetéken áthaladó áram nincs hatással a szomszédos vezetékre. Faraday azonban mindig megpróbált kivonni kísérleteiből és megfigyeléseiből mindent, amit csak adhattak, és ezért, mivel nem kapott közvetlen hatást a galvanométerhez csatlakoztatott vezetékre, elkezdte keresni a mellékhatásokat.

Azonnal észrevette, hogy a galvanométer, amely az áram teljes áthaladása alatt teljesen nyugodt marad, az áramkör legzárásakor és nyitásakor rezgésbe jön, és kiderült, hogy abban a pillanatban, amikor az áram az első vezetékbe kerül, és akkor is, amikor ez a második vezetéket is gerjeszti egy áram, amely az első esetben ellentétes az első árammal, és ugyanaz vele a második esetben, és csak egy pillanatig tart.

Ezeket a másodlagos pillanatáramokat, amelyeket a primerek hatása okoz, Faraday induktívnak nevezte, és ezt az elnevezést máig megőrizte. Az induktív áramoknak, lévén azonnaliak, megjelenésük után azonnal eltűnnek, nem lenne gyakorlati jelentősége, ha Faraday nem találta volna meg a módját egy ötletes eszköz (kommutátor) segítségével, hogy az akkumulátorból érkező primer áramot folyamatosan megszakítsa, majd újra átvezesse az akkumulátoron keresztül. első vezeték, aminek köszönhetően a második vezetékben folyamatosan egyre több induktív áram gerjeszti, így válik állandóvá. Tehát új forrást találtak elektromos energia, a korábban ismert (súrlódási és kémiai eljárások) mellett - indukciós, ill az újfajta ebből az energiából indukciós elektromosság.

Kísérleteit folytatva Faraday felfedezte továbbá, hogy egy zárt görbére csavart vezeték egyszerű közelítése egy másikhoz, amelyen galvanikus áram folyik, elegendő ahhoz, hogy a semleges vezetékben a galvánárammal ellentétes irányú induktív áramot gerjesztsen. a semleges vezeték eltávolítása ismét induktív áramot gerjeszt benne, amely már eleve azonos irányú a rögzített vezetéken átfolyó galvánárammal, és végül ezek az induktív áramok csak a közelítés és eltávolítás során gerjesztődnek. vezetéket a galvánáram vezetőjéhez, és e mozgás nélkül az áramok nem gerjesztődnek, függetlenül attól, hogy a vezetékek milyen közel vannak egymáshoz.

Így egy új jelenséget fedeztek fel, amely hasonló a fentebb leírt indukció jelenségéhez a galvánáram zárásakor és megszűnésekor. Ezek a felfedezések pedig új felfedezéseket eredményeztek. Ha lehetséges induktív áramot előállítani a galvánáram zárásával és leállításával, vajon nem ugyanazt az eredményt kapná a vas mágnesezése és lemágnesezése?

Oersted és Ampère munkája már megállapította a mágnesesség és az elektromosság kapcsolatát. Köztudott volt, hogy a vas akkor válik mágnessé, ha szigetelt vezetéket tekernek köré, amelyen galvanikus áram halad át, és mágneses tulajdonságok ennek a vasnak megszűnik, amint az áram leáll.

Ez alapján Faraday egy ilyen kísérlettel állt elő: két szigetelt vezetéket egy vasgyűrű köré tekertek; ráadásul az egyik vezeték a gyűrű egyik felére, a másik a másikra volt tekerve. Egy galvanikus akkumulátor áramát vezették át az egyik vezetéken, a másik végeit galvanométerhez csatlakoztatták. És így, amikor az áram bezárult vagy leállt, és ennek következtében a vasgyűrű mágnesezett vagy lemágnesezett, a galvanométer tűje gyorsan oszcillált, majd gyorsan leállt, vagyis a nulla vezetékben ugyanazok a pillanatnyi induktív áramok gerjesztettek - ez idő: már a mágnesesség hatása alatt áll.

Így itt vált először a mágnesesség elektromossággá. Miután megkapta ezeket az eredményeket, Faraday úgy döntött, hogy változatosabbá teszi kísérleteit. Vasgyűrű helyett vaspántot kezdett használni. Ahelyett, hogy a vasban galvanikus árammal gerjesztette volna a mágnesességet, a vasat állandó acélmágneshez érintve mágnesezte. Az eredmény ugyanaz volt: a vasra tekert drótban, mindig! az áramot a vas mágnesezésének és lemágnesezésének pillanatában gerjesztették.

Aztán Faraday egy acélmágnest helyezett a huzalspirálba - ez utóbbi megközelítése és eltávolítása indukciós áramot okozott a vezetékben. Egyszóval a mágnesesség az induktív áramok gerjesztésének értelmében pontosan ugyanúgy hatott, mint a galvánáram.

Abban az időben a fizikusokat intenzíven foglalkoztatta egy rejtélyes jelenség, amelyet 1824-ben Arago fedezett fel, és ennek ellenére nem találtak rá magyarázatot; hogy ezt a magyarázatot intenzíven keresték a kor olyan kiváló tudósai, mint maga Arago, Ampère, Poisson, Babaj és Herschel.

A dolog a következő volt. A szabadon lógó mágnestű gyorsan leáll, ha nem mágneses fém kört visznek alá; ha ezután a kört forgó mozgásba hozzuk, a mágneses tű követni kezdi.

Nyugodt állapotban nem lehetett felfedezni a legkisebb vonzást vagy taszítást a kör és a nyíl között, miközben ugyanaz a kör, amely mozgásban volt, nemcsak egy könnyű nyilat, hanem egy nehéz mágnest is húzott maga mögé. Ez a valóban csodálatos jelenség az akkori tudósok számára titokzatos talánynak tűnt, valami túlmutat a természetesnek.

Faraday a fenti adatai alapján abból indult ki, hogy egy nem mágneses fém kört, mágnes hatására, forgás közben induktív áramok keringenek, amelyek a mágnestűre hatnak, és a mágnes mögé vonják.

Valójában azáltal, hogy a kör szélét egy nagy patkó alakú mágnes pólusai közé vezették be, és a kör közepét és szélét galvanométerrel kapcsolták össze egy huzallal, Faraday állandó elektromos áramot kapott a kör forgása során.

Ezt követően Faraday egy másik jelenség mellett döntött, amely akkor általános kíváncsiságot váltott ki. Tudniillik, ha a vasreszeléket mágnesre szórják, bizonyos vonalak mentén csoportosulnak, ezeket mágneses görbéknek nevezik. Faraday, felhívva a figyelmet erre a jelenségre, 1831-ben alapozta meg a mágneses görbéket, a "mágneses erővonalak" elnevezést, amely aztán általánosan elterjedt.

Ezeknek a "vonalaknak" a tanulmányozása Faradayt egy új felfedezéshez vezette, kiderült, hogy az induktív áramok gerjesztéséhez nem szükséges a forrás megközelítése és eltávolítása a mágneses pólusról. Az áramok gerjesztéséhez elegendő a mágneses erővonalakat ismert módon keresztezni.

Faraday további munkái az említett irányban modern szemmel nézve valami egészen csodálatos jelleget nyertek. 1832 elején egy olyan berendezést mutatott be, amelyben induktív áramokat gerjesztenek mágnes vagy galvánáram nélkül.

A készülék egy dróttekercsbe helyezett vasszalagból állt. Ez a készülék közönséges körülmények között a legcsekélyebb jelét sem adta annak, hogy áramok látszanak benne; de amint a mágnestű irányának megfelelő irányt kapott, a vezetékben áram gerjesztődött.

Aztán Faraday megadta a mágnestű helyzetét az egyik tekercsnek, majd vascsíkot helyezett bele: az áramot ismét gerjesztették. Az áramot ezekben az esetekben a földi mágnesesség okozta, amely induktív áramokat okozott, mint egy közönséges mágnes vagy galvanikus áram. Ennek egyértelműbb bemutatása és bizonyítása érdekében Faraday újabb kísérletet végzett, amely teljes mértékben megerősítette elképzeléseit.

Úgy érvelt, hogy ha egy nem mágneses fémből, például rézből álló kör, amely olyan helyzetben forog, amelyben metszi a szomszédos mágnes mágneses erővonalait, induktív áramot ad, akkor ugyanaz a kör forog, ha nincs egy mágnes, de abban a helyzetben, amelyben a kör keresztezi a földi mágnesesség vonalait, induktív áramot is kell adnia.

És valóban, egy vízszintes síkban elforgatott réz kör induktív áramot adott, ami észrevehető eltérést okozott a galvanométer tűjén. Faraday egy sor tanulmányt végzett az elektromos indukció területén, amikor 1835-ben felfedezte "az áram önmagára gyakorolt ​​induktív hatását".

Kiderítette, hogy amikor egy galvánáramot zárnak vagy nyitnak, magában a vezetékben pillanatnyi induktív áramok gerjesztődnek, amely ennek az áramnak a vezetőjeként szolgál.

Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) orosz fizikus szabályt adott az irány meghatározására indukciós áram. „Az indukciós áramot mindig úgy irányítják, hogy az általa létrehozott mágneses tér akadályozza vagy lelassítja az indukciót okozó mozgást” – jegyzi meg A.A. Korobko-Stefanov az elektromágneses indukcióról szóló cikkében. - Például amikor a tekercs a mágneshez közeledik, a keletkező induktív áram olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses tér ellentétes lesz a mágnes mágneses terével. Ennek eredményeként a tekercs és a mágnes között taszító erők lépnek fel.

Lenz szabálya az energia megmaradásának és átalakulásának törvényéből következik. Ha az indukciós áramok felgyorsítanák az őket okozó mozgást, akkor a semmiből munka jönne létre. Maga a tekercs egy kis nyomás után a mágnes felé rohanna, és egyúttal az indukciós áram hőt bocsátana ki benne. A valóságban az indukciós áram a mágnes és a tekercs egymáshoz közelítésének eredményeként jön létre.

Miért van indukált áram? Az elektromágneses indukció jelenségére mélyreható magyarázatot adott James Clerk Maxwell angol fizikus - az elkészült matematikai elmélet elektromágneses mező.

A dolog lényegének jobb megértése érdekében fontoljon meg egy nagyon egyszerű kísérletet. A tekercs egy menetes huzalból álljon, és a fordulat síkjára merőleges váltakozó mágneses tér szúrja át. A tekercsben természetesen van indukciós áram. Maxwell kivételes bátorsággal és váratlansággal értelmezte ezt a kísérletet.

Amikor a mágneses tér megváltozik a térben, Maxwell szerint olyan folyamat lép fel, amelynél a huzaltekercs jelenléte nem játszik szerepet. Itt a legfontosabb az elektromos tér zárt gyűrűvonalainak megjelenése, amelyek lefedik a változó mágneses teret. A kialakuló elektromos tér hatására az elektronok mozogni kezdenek, és a tekercsben elektromos áram keletkezik. A tekercs csak egy eszköz, amely lehetővé teszi az elektromos mező észlelését.

Az elektromágneses indukció jelenségének lényege, hogy a váltakozó mágneses tér mindig zárt erővonalú elektromos teret hoz létre a környező térben. Az ilyen mezőt örvénymezőnek nevezzük.

A földi mágnesesség által előidézett indukció területén végzett kutatások lehetőséget adtak Faraday-nek, hogy már 1832-ben kifejezze a távíró gondolatát, amely aztán ennek a találmánynak az alapját képezte. Általában az elektromágneses indukció felfedezését nem ok nélkül tulajdonítják a legtöbbnek kiemelkedő felfedezések XIX. század - világszerte több millió villanymotor és áramfejlesztő munkája ezen a jelenségen alapul ...

Információforrás: Samin D.K. „One Hundred Great tudományos felfedezések"., M.: "Veche", 2002

Válasz:

Az elektrodinamika fejlődésének következő fontos lépése Ampère kísérletei után az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése volt. Michael Faraday angol fizikus (1791-1867) fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét.

Faraday, aki még fiatal tudós, akárcsak Oersted, úgy gondolta, hogy a természet összes ereje összefügg egymással, és ráadásul képesek egymásba átalakulni. Érdekes, hogy Faraday már az energia megmaradásának és átalakulásának törvényének felállítása előtt kifejtette ezt a gondolatot. Faraday tudta Ampere felfedezéséről, hogy képletesen szólva mágnesessé változtatta az elektromosságot. Ezen a felfedezésen töprengve Faraday arra a következtetésre jutott, hogy ha "az elektromosság mágnesességet hoz létre", akkor fordítva, "a mágnesességnek elektromosságot kell létrehoznia". És még 1823-ban ezt írta naplójába: "A mágnesességet elektromossággá alakítsa." Faraday nyolc évig dolgozott a probléma megoldásán. Sokáig a kudarcok üldözték, végül 1831-ben megoldotta – felfedezte az elektromágneses indukció jelenségét.

Először Faraday fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét arra az esetre, amikor a tekercsek ugyanarra a dobra vannak feltekerve. Ha az egyik tekercsben elektromos áram keletkezik vagy megszűnik egy galvanikus akkumulátor csatlakoztatása vagy leválasztása következtében, akkor abban a pillanatban a másik tekercsben rövid távú áram keletkezik. Ezt az áramot egy galvanométer érzékeli, amely a második tekercshez van csatlakoztatva.

Aztán Faraday azt is megállapította, hogy indukciós áram van a tekercsben, amikor egy tekercset megközelítenek vagy elmozdítanak tőle, amelyben elektromos áram folyik.

végül az elektromágneses indukció harmadik esete, amelyet Faraday fedezett fel, az volt, hogy áram jelent meg a tekercsben, amikor mágnest helyeztek be vagy eltávolítottak onnan.

Faraday felfedezése sok fizikus figyelmét felkeltette, akik szintén elkezdték tanulmányozni az elektromágneses indukció jelenségének jellemzőit. A következő feladat az elektromágneses indukció általános törvényének megállapítása volt. Ki kellett deríteni, hogyan és mitől függ az induktív áram erőssége a vezetőben, illetve mitől függ az indukciós elektromotoros erő értéke abban a vezetőben, amelyben az elektromos áram indukálódik.

Ez a feladat nehéznek bizonyult. Ezt Faraday és Maxwell később az általuk az elektromágneses térről kidolgozott doktrína keretében teljesen megoldotta. De megpróbálták megoldani a fizikusok is, akik ragaszkodtak az elektromos és mágneses jelenségek tanában akkoriban általánosan elterjedt hosszú távú elmélethez.

Valamit ezeknek a tudósoknak sikerült megtenniük. Ugyanakkor segítségükre volt az a szabály, amelyet Emil Khristianovics Lenz (1804 - 1865) szentpétervári akadémikus fedezett fel az indukciós áram irányának meghatározására. különböző alkalmakkor elektromágneses indukció. Lenz ezt így fogalmazta meg: „Ha egy fémvezető galvánáram vagy mágnes közelében mozog, akkor galvánáram gerjesztődik benne olyan irányban, hogy ha ez a vezető álló helyzetben lenne, akkor az áram ellentétes irányban mozoghat. irány; feltételezzük, hogy a nyugalomban lévő vezető csak a mozgás irányába vagy az ellenkező irányba tud mozogni.

Ez a szabály nagyon kényelmes az induktív áram irányának meghatározásához. Jelenleg is használjuk, csak most kicsit másképp van megfogalmazva, az elektromágneses indukció fogalmának eltemetésével, amit Lenz nem használt.

Történelmileg azonban Lenz uralmának fő jelentősége az volt, hogy ez ösztönözte az ötletet, hogyan közelítsük meg az elektromágneses indukció törvényének megtalálását. Az a tény, hogy az atomszabályban kapcsolat jön létre az elektromágneses indukció és az áramok kölcsönhatásának jelensége között. Az áramlatok kölcsönhatásának kérdését már Ampère is megoldotta. Ezért ennek a kapcsolatnak a létrehozása eleinte lehetővé tette a vezetőben lévő indukciós elektromotoros erő kifejezésének meghatározását számos speciális esetben.

NÁL NÉL Általános nézet az elektromágneses indukció törvényét, ahogy arról már mondtuk, Faraday és Maxwell állapította meg.

Elektromágneses indukció - az elektromos áram előfordulásának jelensége egy zárt áramkörben, amikor az áthaladó mágneses fluxus megváltozik.

Az elektromágneses indukciót Michael Faraday fedezte fel 1831. augusztus 29-én. Megállapította, hogy a zárt vezetőkörben fellépő elektromotoros erő arányos az ezen áramkör által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus változási sebességével. Az elektromotoros erő (EMF) nagysága nem függ attól, hogy mi okozza a fluxus változását - magának a mágneses mezőnek a változását vagy az áramkör (vagy annak egy részének) mágneses térben való mozgását. Az EMF által okozott elektromos áramot indukciós áramnak nevezzük.

Önindukció - az indukció EMF előfordulása zárt vezető áramkörben, amikor az áramkörön átfolyó áram megváltozik.

Amikor az áramkörben az áram arányosan változik, és mágneses fluxus e körvonal által határolt felületen keresztül. Ennek a mágneses fluxusnak az elektromágneses indukció törvénye miatti változása induktív EMF gerjesztéséhez vezet ebben az áramkörben.

Ezt a jelenséget önindukciónak nevezik. (A fogalom a kölcsönös indukció fogalmához kapcsolódik, lévén annak speciális esete).

Irány EMF önindukció mindig úgy alakul, hogy amikor az áramkörben nő az áramerősség, az önindukció EMF megakadályozza ezt a növekedést (az áram ellen irányul), az áram csökkenésekor pedig csökken (az árammal együtt irányítva). Ezzel a tulajdonsággal az önindukciós EMF hasonló a tehetetlenségi erőhöz.

Az első relé létrehozását az angol Sturgeon 1824-es feltalálása előzte meg egy elektromágnesről – egy olyan eszközről, amely a vasmagra tekercselt huzaltekercs bemeneti elektromos áramát a magon belül és kívül generált mágneses térré alakítja. A mágneses teret a mag közelében elhelyezkedő ferromágneses anyagra gyakorolt ​​hatásával rögzítették (detektálták). Ez az anyag az elektromágnes magjához vonzódott.

Ezt követően egy külső ferromágneses anyag (armatúra) értelmes mozgásának elektromos áram energiáját mechanikai energiává alakító hatása a különféle elektromechanikus távközlési eszközök (távíró és telefon), az elektrotechnika és a villamosenergia-ipar alapját képezte. Az egyik első ilyen eszköz egy elektromágneses relé volt, amelyet az amerikai J. Henry talált fel 1831-ben.

Eddig olyan elektromos és mágneses mezőket vettünk figyelembe, amelyek nem változnak az időben. Megállapították, hogy létrejön az elektromos mező elektromos töltések, és a mágneses tér - mozgó töltések, azaz elektromos áram. Térjünk át az elektromos és mágneses mezőkkel való ismerkedésre, amelyek idővel változnak.

A legtöbb fontos tény, amelyet felfedeztek, a legszorosabb kapcsolat az elektromos és a mágneses mezők között. Az időben változó mágneses tér elektromos mezőt, a változó elektromos mező pedig mágneses teret hoz létre. A mezők közötti kapcsolat nélkül az elektromágneses erők megjelenési formáinak sokfélesége nem lenne olyan kiterjedt, mint amilyen valójában. Nem lennének rádióhullámok vagy fény.

Nem véletlen, hogy az első döntő lépés Az elektromágneses kölcsönhatások új tulajdonságainak felfedezésében Faraday az elektromágneses mezővel kapcsolatos elképzelések alapítója lett. Faraday bízott az elektromos és mágneses jelenségek egységes természetében. Ennek köszönhetően olyan felfedezést tett, amely később a világ összes erőművének generátorainak tervezésének alapját képezte, a mechanikai energiát elektromos áram energiává alakítva. (Egyéb források: galvánelemek, akkumulátorok, stb. - a megtermelt energia elhanyagolható részét adják.)

Faraday érvelése szerint az elektromos áram képes megmágnesezni egy vasdarabot. A mágnes viszont okozhat elektromos áramot?

Ezt a kapcsolatot sokáig nem sikerült megtalálni. Nehéz volt a lényegre gondolni, nevezetesen: csak egy mozgó mágnes vagy egy időben változó mágneses tér gerjeszthet elektromos áramot a tekercsben.

Hogy milyen balesetek akadályozhatják meg a felfedezést, az a következő tényből kiderül. A svájci fizikus, Colladon csaknem egyidőben Faradayval egy mágnes segítségével próbált elektromos áramot elérni egy tekercsben. Munka közben galvanométert használt, melynek fénymágneses tűjét a készülék tekercsébe helyezték. Annak érdekében, hogy a mágnes ne érintse közvetlenül a tűt, a tekercs végeit, amelybe Colladon betolta a mágnest, remélve, hogy áramot kap benne, kivezették szomszéd szobaés vannak csatlakoztatva egy galvanométerhez. Miután behelyezte a mágnest a tekercsbe, Colladon bement a szomszéd szobába, és bánattal

győződjön meg arról, hogy a galvanométer nem mutat áramot. Ha folyamatosan figyelhetné a galvanométert, és megkérhetne valakit, hogy dolgozzon a mágnesen, akkor figyelemre méltó felfedezés születne. De ez nem történt meg. A tekercshez képest nyugalomban lévő mágnes nem okoz benne áramot.

Az elektromágneses indukció jelensége abban áll, hogy egy vezető áramkörben elektromos áram lép fel, amely vagy egy időben változó mágneses térben nyugszik, vagy állandó mágneses térben mozog úgy, hogy a mágneses indukciós vonalak száma áthatol az áramkörön. áramköri változások. 1831. augusztus 29-én fedezték fel. Ritka eset, amikor egy új figyelemre méltó felfedezés dátuma ilyen pontosan ismert. Íme az első kísérlet leírása, amelyet maga Faraday adott:

– Széles fatekercsen sebzik rézdrót 203 méter hosszú, és ennek kanyarulatai között egy ugyanilyen hosszúságú, de az első pamutszáltól szigetelt drót van feltekerve. Az egyik ilyen spirál galvanométerhez, a másik pedig egy 100 pár lemezből álló erős akkumulátorhoz volt csatlakoztatva... Az áramkör zárásakor hirtelen, de rendkívül gyenge hatást lehetett észrevenni a galvanométeren, és a ugyanezt észlelték, amikor az áram leállt. Az egyik tekercsen keresztül folyamatosan áramoltatva nem lehetett észlelni semmilyen hatást a galvanométerre, vagy általában semmilyen induktív hatást a másik tekercsre, annak ellenére, hogy az akkumulátorhoz csatlakoztatott teljes tekercs felmelegedése, és a szén között ugráló szikra fényessége az akkumulátor töltöttségéről tanúskodott "(Faraday M. ") Kísérleti tanulmányok az elektromosságról", 1. sorozat).

Tehát kezdetben az indukciót fedezték fel azokban a vezetékekben, amelyek egymáshoz képest mozdulatlanok voltak az áramkör zárása és nyitása során. Aztán világosan megértette, hogy az áramvezetők megközelítése vagy eltávolítása ugyanarra az eredményre kell, hogy vezessen, mint az áramkör zárása és nyitása, Faraday kísérletekkel bebizonyította, hogy az áram akkor keletkezik, amikor a tekercsek mozgatják egymást.

rokon egy barátjának. Faraday, aki ismeri Ampère munkáit, megértette, hogy a mágnes a molekulákban keringő kis áramok gyűjteménye. Október 17-én a laboratóriumi naplója szerint indukciós áramot észleltek a tekercsben a mágnes benyomásakor (vagy kihúzásakor). Faraday egy hónapon belül kísérleti úton felfedezte az elektromágneses indukció jelenségének minden lényeges jellemzőjét.

Jelenleg Faraday kísérleteit mindenki megismételheti. Ehhez két tekercsre, mágnesre, elemelemekre és kellően érzékeny galvanométerre van szükség.

A 238. ábrán látható telepítésnél az egyik tekercsben indukciós áram lép fel, amikor a másik tekercs elektromos áramköre, amely az elsőhöz képest álló helyzetben van, zárva vagy kinyitva van. A 239. ábrán látható telepítésnél a reosztát megváltoztatja az egyik tekercs áramát. A 240. ábrán a, az indukciós áram akkor jelenik meg, amikor a tekercsek egymáshoz képest mozognak, a 240. ábrán pedig a b - mozgáskor állandómágnes a tekercset illetően.

Faraday már maga is felfogta azt a közös dolgot, amely meghatározza az indukciós áram megjelenését a külsőleg eltérőnek tűnő kísérletekben.

Zárt vezető áramkörben áram keletkezik, amikor az áramkör által határolt területen áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik. És minél gyorsabban változik a mágneses indukció vonalainak száma, annál nagyobb a kapott indukciós áram. Ebben az esetben a mágneses indukció sorszámának változásának oka teljesen közömbös. Ez lehet a rögzített vezetőképes áramkör területét áthatoló mágneses indukciós vonalak számának változása a szomszédos tekercsben lévő áramerősség változása miatt (238. ábra), valamint a mágneses indukciós vonalak számának változása. az áramkör inhomogén mágneses térben való mozgásából adódó indukciós vonalak, amelyek vonalsűrűsége térben változó (241. ábra).

A mágneses indukciós vektor \(~\vec B\) jellemzi a mágneses teret a tér minden pontjában. Vezessünk be még egy olyan mennyiséget, amely a mágneses indukcióvektor értékétől függ nem egy pontban, hanem egy tetszőlegesen kiválasztott felület minden pontjában. Ezt a mennyiséget nevezzük a mágneses indukciós vektor fluxusának, ill mágneses fluxus.

Izoláljunk a mágneses térben egy ilyen kis felületi elemet, amelynek területe Δ S hogy a mágneses indukció minden pontjában azonosnak tekinthető. Legyen \(~\vec n\) a szöget alkotó elem normálisa α a mágneses indukciós vektor irányával (1. ábra).

A mágneses indukciós vektor fluxusa a Δ felületen keresztül S hívja meg azt az értéket, amely egyenlő a \(~\vec B\) mágneses indukciós vektor modulusának és a Δ terület szorzatával Sés a szög koszinusza α a \(~\vec B\) és \(~\vec n\) vektorok között (normális a felületre):

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

Munka B kötözősaláta α = NÁL NÉL n a mágneses indukciós vektor vetülete az elem normáljára. Így

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

Az áramlás lehet pozitív vagy negatív a szög értékétől függően α .

Ha a mágneses tér egyenletes, akkor a fluxus egy sík felületen keresztül történik S egyenlő:

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

A mágneses indukció fluxusa egyértelműen a felület adott területét áthatoló \(~\vec B\) vektor vonalainak számával arányos mennyiségként értelmezhető.

Általánosságban elmondható, hogy a felület zárható. Ebben az esetben a felület belsejébe belépő indukciós vonalak száma megegyezik az azt elhagyó vonalak számával (2. ábra). Ha a felület zárt, akkor a külső normált tekintjük a felület pozitív normálisának.

A mágneses indukció vonalai zártak, ami azt jelenti, hogy a zárt felületen áthaladó mágneses indukció fluxusa nullával egyenlő. (A felületet elhagyó vonalak pozitív fluxust, a negatívba belépő vonalak adnak.) A mágneses tér ezen alapvető tulajdonsága a mágneses töltések hiányából adódik. Ha nem lennének elektromos töltések, akkor a zárt felületen áthaladó elektromos fluxus nulla lenne.

Elektromágneses indukció

Az elektromágneses indukció felfedezése

1821-ben Michael Faraday ezt írta naplójába: „A mágnesességet elektromossággá alakítsa”. 10 év után ezt a problémát megoldotta.

M. Faraday bízott az elektromos és mágneses jelenségek egységes természetében, de hosszú idő e jelenségek közötti kapcsolatot nem sikerült megtalálni. Nehéz volt elképzelni a lényeget: csak egy időben változó mágneses tér gerjeszthet elektromos áramot egy rögzített tekercsben, vagy magának a tekercsnek kell mágneses térben mozognia.

Az elektromágneses indukció felfedezése, ahogy Faraday nevezte ezt a jelenséget, 1831. augusztus 29-én történt. Rövid leírás az első élményt maga Faraday adta. „Egy 203 láb hosszú rézhuzalt (egy láb 304,8 mm-nek felel meg) egy széles fatekercsre tekercseltek, és egy ugyanilyen hosszúságú huzalt tekercseltek a menetei közé, de az első pamutszáltól elkülönítve. Az egyik ilyen spirál egy galvanométerhez, a másik egy erős akkumulátorhoz volt csatlakoztatva, amely 100 pár lemezből állt... Az áramkör zárásakor hirtelen, de rendkívül gyenge hatást lehetett észrevenni a galvanométeren, ill. ugyanezt vették észre, amikor az áram leállt. Az egyik tekercsen keresztül folyamatosan áramoltatva nem lehetett észlelni semmilyen hatást a galvanométerre, vagy általában semmilyen induktív hatást a másik tekercsre, annak ellenére, hogy az akkumulátorhoz csatlakoztatott teljes tekercs felmelegedése, és a parazsatok között ugráló szikra fényessége az akkumulátor teljesítményéről tanúskodott.

Tehát kezdetben az indukciót fedezték fel azokban a vezetékekben, amelyek egymáshoz képest mozdulatlanok voltak az áramkör zárása és nyitása során. Aztán világosan megértette, hogy az árammal ellátott vezetők megközelítése vagy eltávolítása ugyanarra az eredményre kell, hogy vezessen, mint az áramkör zárása és nyitása, Faraday kísérletekkel bebizonyította, hogy áram keletkezik, amikor a tekercsek egymáshoz képest mozognak (3. ábra).

Faraday, aki ismeri Ampère munkáit, megértette, hogy a mágnes a molekulákban keringő kis áramok gyűjteménye. Október 17-én a laboratóriumi naplója szerint indukciós áramot észleltek a tekercsben a mágnes benyomásakor (vagy kihúzásakor) (4. ábra).

Faraday egy hónapon belül kísérleti úton felfedezte az elektromágneses indukció jelenségének minden lényeges jellemzőjét. Csak az maradt hátra, hogy a törvénynek szigorú mennyiségi formát adjon, és teljes mértékben feltárja a jelenség fizikai természetét. Faraday már maga is felfogta azt a közös dolgot, amely meghatározza az indukciós áram megjelenését a külsőleg eltérőnek tűnő kísérletekben.

Zárt vezető áramkörben áram keletkezik, amikor az ezen áramkör által határolt felületen áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik. Ezt a jelenséget elektromágneses indukciónak nevezik.

És minél gyorsabban változik a mágneses indukció vonalainak száma, annál nagyobb a keletkező áram. Ebben az esetben a mágneses indukció sorszámának változásának oka teljesen közömbös. Ez lehet a rögzített vezetőn áthatoló mágneses indukciós vonalak számának változása a szomszédos tekercs áramerősségének változása miatt, illetve a vonalak számának változása az áramkör inhomogén mágneses térben történő mozgása miatt. , melynek vonalsűrűsége térben változó (5. ábra).

Lenz szabálya

Az induktív áram, amely a vezetőben keletkezett, azonnal kölcsönhatásba lép az áramot vagy mágnest létrehozó árammal. Ha egy mágnest (vagy egy áramú tekercset) közelebb viszünk egy zárt vezetőhöz, akkor a kilépő indukciós áram a mágneses mezőjével szükségszerűen taszítja a mágnest (tekercset). Dolgozni kell, hogy a mágnes és a tekercs közelebb kerüljön egymáshoz. Amikor a mágnest eltávolítják, vonzás lép fel. Ezt a szabályt szigorúan betartják. Képzeld el, ha a dolgok másképp lennének: a mágnest a tekercs felé tolnád, és az magától belerohanna. Ez sértené az energia megmaradás törvényét. Hiszen a mágnes mechanikai energiája megnőne és egyben áram keletkezne, ami már önmagában is energiaráfordítást igényel, mert az áram is tud dolgozni. A generátor armatúrájában indukált elektromos áram az állórész mágneses terével kölcsönhatásba lépve lelassítja az armatúra forgását. Csak ezért az armatúra forgatásához munkát kell végezni, minél nagyobb, annál nagyobb az áramerősség. Ennek a munkának köszönhetően indukciós áram keletkezik. Érdekes megjegyezni, hogy ha bolygónk mágneses tere nagyon nagy és erősen inhomogén lenne, akkor a vezető testek gyors mozgása a felszínén és a légkörben lehetetlen lenne a testben indukált áram intenzív kölcsönhatása miatt. terület. A testek úgy mozognának, mint egy sűrű, viszkózus közegben, és ugyanakkor erősen felmelegednének. Sem repülőgépek, sem rakéták nem tudtak repülni. Az ember nem tudta gyorsan mozgatni sem a karját, sem a lábát, mivel emberi test- jó karmester.

Ha a tekercs, amelyben az áramot indukálják, a szomszédos tekercshez képest álló helyzetben van váltakozó áram, mint például egy transzformátorban, akkor ebben az esetben az indukciós áram irányát az energiamegmaradás törvénye határozza meg. Ezt az áramot mindig úgy irányítják, hogy az általa létrehozott mágneses tér csökkentse az áramingadozást a primerben.

A mágnes tekercs általi taszítása vagy vonzása a benne lévő indukciós áram irányától függ. Ezért az energiamegmaradás törvénye lehetővé teszi, hogy olyan szabályt fogalmazzunk meg, amely meghatározza az indukciós áram irányát. Mi a különbség a két kísérlet között: a mágnesnek a tekercshez való közeledése és eltávolítása között? Az első esetben a mágneses fluxus (illetve a tekercs menetein áthatoló mágneses indukciós vonalak száma) nő (6. ábra a), a második esetben pedig csökken (6. ábra, b). Sőt, az első esetben az indukciós vonalak NÁL NÉL A tekercsben fellépő indukciós áram által létrehozott mágneses mező a tekercs felső végéből lép ki, mivel a tekercs taszítja a mágnest, a második esetben pedig éppen ezen a végen lép be. A 6. ábrán ezek a mágneses indukciós vonalak egy vonallal vannak ábrázolva.

Rizs. 6

Most elérkeztünk a lényeghez: a tekercs menetein keresztüli mágneses fluxus növekedésével az indukciós áram olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses tér megakadályozza a mágneses fluxus növekedését a tekercs menetein keresztül. Hiszen ennek a mezőnek a \ (~ \ vec B "\) indukciós vektora a tér \ (~ \ vec B \) indukciós vektora ellen irányul, amelynek változása elektromos áramot generál. a tekercs gyengül, majd az indukciós áram \(~\vec B"\) indukciós mágneses mezőt hoz létre, ami növeli a mágneses fluxust a tekercs menetein keresztül.

Ez a lényeg Általános szabály az induktív áram irányának meghatározása, amely minden esetben alkalmazható. Ezt a szabályt E. X. Lenz (1804-1865) orosz fizikus állapította meg.

Alapján Lenz szabálya

a zárt körben fellépő indukciós áram olyan irányú, hogy az általa az áramkör által határolt felületen keresztül keltett mágneses fluxus megakadályozza az áramot létrehozó fluxus változását.

az induktív áramnak olyan iránya van, hogy megakadályozza az azt okozó okot.

Szupravezetők esetén a külső mágneses fluxus változásainak kompenzációja teljes lesz. A szupravezető áramkör által határolt felületen áthaladó mágneses indukció fluxusa idővel semmilyen körülmények között sem változik.

Az elektromágneses indukció törvénye

Faraday kísérletei kimutatták, hogy az indukált áram erőssége én i egy vezető áramkörben arányos az ezen áramkör által határolt felületen áthatoló \(~\vec B\) mágneses indukciós vonalak számának változási sebességével. Pontosabban ez az állítás megfogalmazható a mágneses fluxus fogalmával.

A mágneses fluxus egyértelműen úgy értelmezhető, mint a mágneses indukciós vonalak száma, amelyek áthatolnak egy felületen S. Ezért ennek a számnak a változási sebessége nem más, mint a mágneses fluxus változási sebessége. Ha rövid időn belül Δ t A mágneses fluxus Δ-re változik F, akkor a mágneses fluxus változási sebessége \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Ezért egy közvetlenül a tapasztalatból következő állítás a következőképpen fogalmazható meg:

az indukciós áram erőssége arányos a kontúr által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus változási sebességével:

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

Ismeretes, hogy az áramkörben elektromos áram keletkezik, amikor külső erők hatnak a szabad töltésekre. Ezeknek az erőknek a munkáját, amikor egyetlen pozitív töltést egy zárt körben mozgatnak, elektromotoros erőnek nevezzük. Következésképpen, amikor a mágneses fluxus a kontúr által határolt felületen keresztül változik, külső erők jelennek meg benne, amelyek hatását egy EMF, az indukció EMF-je jellemez. Jelöljük a betűvel Eén .

Az elektromágneses indukció törvénye kifejezetten az EMF-re van megfogalmazva, és nem az áramerősségre. Ezzel a megfogalmazással a törvény a jelenség lényegét fejezi ki, amely nem függ azon vezetők tulajdonságaitól, amelyekben az indukciós áram keletkezik.

Alapján az elektromágneses indukció törvénye (EMR)

Az indukciós emf zárt hurokban abszolút értékben egyenlő a hurok által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus változási sebességével:

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

Hogyan kell figyelembe venni az indukciós áram irányát (vagy az indukciós EMF előjelét) az elektromágneses indukció törvényében a Lenz-szabály szerint?

A 7. ábra egy zárt hurkot mutat be. Pozitívnak tekintjük a kontúr megkerülésének irányát az óramutató járásával ellentétes irányban. A \(~\vec n\) kontúr normálja egy jobb oldali csavart képez a bypass iránnyal. Az EMF, azaz a specifikus munka előjele a külső erők irányától függ az áramkör megkerülésének irányához képest. Ha ezek az irányok egybeesnek, akkor E i > 0, és ennek megfelelően én i > 0. Ellenkező esetben az EMF és az áramerősség negatív.

Legyen a külső mágneses tér mágneses indukciója \(~\vec B\) a kontúr normálja mentén irányítva, és idővel növekedjen. Azután F> 0 és \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) > 0. A Lenz-szabály szerint az indukciós áram mágneses fluxust hoz létre F’ < 0. Линии индукции B Az indukciós áram mágneses mezőjének értéke a 7. ábrán kötőjellel látható. Ezért az indukciós áram én i az óramutató járásával megegyező irányba (a pozitív bypass iránnyal szemben) és az indukciós emf negatív. Ezért az elektromágneses indukció törvényében mínusz jelnek kell lennie:

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

NÁL NÉL nemzetközi rendszer mértékegység, az elektromágneses indukció törvénye alapján állapítják meg a mágneses fluxus mértékegységét. Ezt az egységet webernek (Wb) hívják.

Mivel az EMF az indukció E i voltban van kifejezve, az idő pedig másodpercben van, akkor a Weber EMP törvényből a következőképpen határozható meg:

a zárt hurok által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus 1 Wb, ha ennek a fluxusnak 1 s alatt egyenletesen nullára csökkenésével 1 V-nak megfelelő indukciós emf lép fel a hurokban:

1 Wb \u003d 1 V ∙ 1 s.

Vortex mező

Az időben változó mágneses tér elektromos teret hoz létre. J. Maxwell volt az első, aki erre a következtetésre jutott.

Most az elektromágneses indukció jelensége új megvilágításban jelenik meg előttünk. A legfontosabb dolog az elektromos mező létrehozásának folyamata mágneses térrel. Ebben az esetben egy vezető áramkör, például egy tekercs jelenléte nem változtat a dolog lényegén. A szabad elektronokat (vagy más részecskéket) tartalmazó vezető csak a kialakuló elektromos mező észlelésében segít. A mező mozgásba hozza az elektronokat a vezetőben, és ezáltal felfedi magát. Az elektromágneses indukció jelenségének egy rögzített vezetőben a lényege nem annyira az indukciós áram megjelenésében rejlik, hanem az elektromos töltéseket mozgásba hozó elektromos tér megjelenésében.

A mágneses tér megváltozásakor fellépő elektromos tér teljesen más szerkezetű, mint az elektrosztatikus. Nem kapcsolódik közvetlenül elektromos töltésekhez, és feszültségei nem kezdődhetnek és nem érhetnek véget rajtuk. Általában nem kezdődnek és nem érnek véget sehol, hanem zárt vonalak, hasonlóan a mágneses tér indukció vonalaihoz. Ez az ún örvény elektromos tér. Felmerülhet a kérdés: valójában miért nevezik ezt a mezőt elektromosnak? Hiszen más eredete és más konfigurációja van, mint a statikus elektromos térnek. A válasz egyszerű: az örvénymező hat a töltésre q ugyanúgy, mint az elektrosztatikus, és ezt tekintettük és tekintjük a mező fő tulajdonságának. A töltésre ható erő továbbra is \(~\vec F = q \vec E\) , ahol \(~\vec E\) az örvénytér intenzitása. Ha a mágneses fluxust egy hosszú, keskeny hengeres sugarú csőben koncentrált egyenletes mágneses tér hozza létre r 0 (8. ábra), szimmetria-megfontolások alapján nyilvánvaló, hogy az elektromos térerősség vonalai a \(~\vec B\) egyenesekre merőleges síkban fekszenek, és körök. A Lenz-szabály szerint a mágneses indukció \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \right)\) növekedésével a \(~\vec E\) mezővonalak alakulnak ki. egy bal oldali csavar a mágneses indukció irányával \(~\vec B\) .

Ellentétben a statikus vagy álló elektromos térrel, az örvénytér munkája zárt úton nem egyenlő nullával. Valóban, amikor egy töltés halad zárt vonal elektromos térerősség, az út minden szakaszán a munka azonos előjelű, mivel az erő és az elmozdulás irányában egybeesik. Az örvény elektromos tér, akárcsak a mágneses tér, nem potenciális.

Az örvény elektromos tér munkája egyetlen pozitív töltés mozgatásakor egy zárt, rögzített vezető mentén számszerűen megegyezik az ebben a vezetőben lévő indukciós EMF-fel.

Tehát egy váltakozó mágneses tér örvény elektromos mezőt hoz létre. De nem gondolja, hogy itt egy kijelentés nem elég? Szeretném tudni, hogy mi ennek a folyamatnak a mechanizmusa. Megmagyarázható-e, hogyan valósul meg ez a mezőkapcsolat a természetben? És itt nem lehet kielégíteni a természetes kíváncsiságát. Itt egyszerűen nincs mechanizmus. Az elektromágneses indukció törvénye a természet alapvető törvénye, ami azt jelenti, hogy alapvető, elsődleges. Sok jelenség megmagyarázható a cselekvésével, de maga megmagyarázhatatlan marad egyszerűen azért, mert nincsenek mélyebb törvények, amelyekből ez következne. Mindenesetre ilyen törvények jelenleg nem ismertek. Ezek mind az alaptörvények: a gravitáció törvénye, a Coulomb-törvény stb.

Természetesen bármilyen kérdést feltehetünk a természet elé, de nem mindegyiknek van értelme. Így például lehet és kell is kutatni a különféle jelenségek okait, de hiába próbáljuk kideríteni, miért létezik egyáltalán az ok-okozati összefüggés. Ilyen a dolgok természete, ilyen a világ, amelyben élünk.

Irodalom

1. Zhilko V.V. Fizika: Proc. pótlék a 10. évfolyamra. Általános oktatás iskola oroszból lang. képzés / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 p.
2. Myakishev, G.Ya. Fizika: Elektrodinamika. 10-11 sejt. : tanulmányok. a fizika elmélyült tanulmányozására / G.Ya. Myakishev, A.3. Szinyakov, V.A. Slobodskov. – M.: Túzok, 2005. – 476 p.