Hukum induksi elektromagnetik. Siapa yang menemukan fenomena induksi elektromagnetik?

Fenomena induksi elektromagnetik ditemukan oleh Mile Faraday pada tahun 1831. Bahkan 10 tahun sebelumnya, Faraday sedang memikirkan cara untuk mengubah magnet menjadi listrik. Dia percaya bahwa medan magnet dan Medan listrik harus terhubung entah bagaimana.

Penemuan induksi elektromagnetik

Misalnya, menggunakan Medan listrik Anda dapat membuat benda besi menjadi magnet. Mungkin, seharusnya bisa dengan bantuan magnet untuk mendapatkan listrik.

Pertama, Faraday menemukan fenomena induksi elektromagnetik pada konduktor yang relatif stasioner satu sama lain. Ketika arus muncul di salah satu dari mereka, arus juga diinduksi di kumparan lainnya. Apalagi di kemudian hari menghilang, dan muncul lagi hanya ketika listrik ke salah satu kumparan dimatikan.

Setelah beberapa waktu, Faraday membuktikan dalam percobaan bahwa ketika sebuah kumparan tanpa arus dipindahkan dalam suatu rangkaian relatif terhadap yang lain, di ujung mana tegangan diterapkan, arus listrik juga akan muncul di kumparan pertama.

Eksperimen selanjutnya adalah memasukkan magnet ke dalam kumparan, dan pada saat yang sama, arus juga muncul di dalamnya. Percobaan ini ditunjukkan pada gambar berikut.

Faraday merumuskan alasan utama munculnya arus di sirkuit tertutup. Dalam rangkaian konduktor tertutup, arus muncul ketika jumlah garis induksi magnetik yang menembus rangkaian ini berubah.

Semakin besar perubahan ini, semakin kuat arus induksinya. Tidak masalah bagaimana kita mencapai perubahan jumlah garis induksi magnetik. Misalnya, hal ini dapat dilakukan dengan menggerakkan kontur dalam medan magnet yang tidak seragam, seperti yang terjadi pada eksperimen dengan magnet atau pergerakan kumparan. Dan kita dapat, misalnya, mengubah kekuatan arus pada kumparan yang berdekatan dengan rangkaian, sedangkan medan magnet yang dibuat oleh kumparan ini akan berubah.

Kata-kata dari undang-undang

Mari kita rangkum secara singkat. Fenomena induksi elektromagnetik adalah fenomena terjadinya arus pada rangkaian tertutup, dengan perubahan medan magnet di mana rangkaian ini berada.

Untuk perumusan yang lebih tepat dari hukum induksi elektromagnetik, perlu untuk memperkenalkan nilai yang akan mencirikan medan magnet - fluks vektor induksi magnetik.

fluks magnet

Vektor induksi magnetik dilambangkan dengan huruf B. Ini akan mencirikan medan magnet di setiap titik di ruang angkasa. Sekarang perhatikan kontur tertutup yang membatasi permukaan dengan luas S. Mari kita letakkan di medan magnet yang seragam.

Akan ada beberapa sudut a antara vektor normal ke permukaan dan vektor induksi magnetik. Fluks magnet melalui permukaan dengan luas S disebut kuantitas fisik, sama dengan produk modulus vektor induksi magnetik dan luas permukaan dan kosinus sudut antara vektor induksi magnetik dan normal terhadap kontur.

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

Hasil kali B*cos(a) adalah proyeksi vektor B ke n normal. Oleh karena itu, bentuk fluks magnet dapat ditulis ulang sebagai berikut:

Satuan fluks magnet adalah weber. Dilambangkan 1 Wb. Fluks magnet 1Wb dibuat Medan gaya dengan induksi 1 T melalui luas permukaan 1 m^ 2 yang terletak tegak lurus terhadap vektor induksi magnet.

Setelah penemuan Oersted dan Ampre, menjadi jelas bahwa listrik memiliki gaya magnet. Sekarang perlu untuk mengkonfirmasi pengaruhnya fenomena magnet untuk listrik. Masalah ini dengan cemerlang dipecahkan oleh Faraday.

Michael Faraday (1791-1867) lahir di London, salah satu bagian termiskin di sana. Ayahnya adalah seorang pandai besi, dan ibunya adalah putri seorang petani penyewa. Ketika Faraday mencapai usia sekolah, ia dikirim ke sekolah dasar. Kursus yang ditempuh Faraday di sini sangat sempit dan terbatas hanya pada pengajaran membaca, menulis, dan menghitung permulaan.

Beberapa langkah dari rumah tempat keluarga Faraday tinggal, ada sebuah toko buku yang juga merupakan tempat penjilidan buku. Di sinilah Faraday sampai, setelah menyelesaikan kursus sekolah dasar ketika muncul pertanyaan tentang memilih profesi untuknya. Michael saat itu baru berusia 13 tahun. Sudah di masa mudanya, ketika Faraday baru saja memulai pendidikan mandiri, dia berusaha untuk hanya mengandalkan fakta dan memverifikasi laporan orang lain dengan pengalamannya sendiri.

Aspirasi-aspirasi ini mendominasi dia sepanjang hidupnya sebagai fitur utama nya kegiatan ilmiah fisik dan percobaan kimia Faraday mulai melakukannya sebagai anak laki-laki pada kenalan pertama dengan fisika dan kimia. Suatu ketika Michael menghadiri salah satu kuliah Humphrey Davy, fisikawan Inggris yang hebat.

Faraday membuat catatan rinci tentang kuliah itu, mengikatnya, dan mengirimkannya ke Davy. Dia sangat terkesan sehingga dia menawarkan Faraday untuk bekerja dengannya sebagai sekretaris. Segera Davy melakukan perjalanan ke Eropa dan membawa Faraday bersamanya. Selama dua tahun mereka mengunjungi universitas terbesar di Eropa.

Kembali ke London pada tahun 1815, Faraday mulai bekerja sebagai asisten di salah satu laboratorium Royal Institution di London. Saat itu merupakan salah satu laboratorium fisika terbaik di dunia.Dari tahun 1816 hingga 1818 Faraday menerbitkan sejumlah catatan kecil dan memoar kecil tentang kimia. Karya pertama Faraday tentang fisika dimulai pada tahun 1818.

Berdasarkan pengalaman para pendahulu mereka dan menggabungkan beberapa pengalaman sendiri, pada September 1821 Michael telah mencetak "Kisah Sukses Elektromagnetisme". Sudah pada saat itu, ia membuat konsep yang sepenuhnya benar tentang esensi fenomena defleksi jarum magnet di bawah aksi arus.

Setelah mencapai kesuksesan ini, Faraday meninggalkan studinya di bidang kelistrikan selama sepuluh tahun, mengabdikan dirinya untuk mempelajari sejumlah mata pelajaran dari jenis yang berbeda. Pada tahun 1823, Faraday membuat salah satu penemuan terpenting di bidang fisika - ia pertama kali mencapai pencairan gas, dan pada saat yang sama menetapkan metode sederhana namun valid untuk mengubah gas menjadi cairan. Pada tahun 1824, Faraday membuat beberapa penemuan di bidang fisika.

Antara lain, ia menetapkan fakta bahwa cahaya mempengaruhi warna kaca, mengubahnya. PADA tahun depan Faraday kembali beralih dari fisika ke kimia, dan hasil karyanya di bidang ini adalah penemuan bensin dan asam naftalena sulfat.

Pada tahun 1831, Faraday menerbitkan sebuah risalah On a Special Kind of Optical Illusion, yang menjadi dasar untuk proyektil optik yang indah dan aneh yang disebut "chromotrope". Pada tahun yang sama, risalah lain oleh ilmuwan "Di piring bergetar" diterbitkan. Banyak dari karya-karya ini dapat dengan sendirinya mengabadikan nama pengarangnya. Tapi yang paling penting dari karya ilmiah Faraday adalah penelitiannya di bidang elektromagnetisme dan induksi listrik.

Sebenarnya, cabang penting fisika, yang membahas fenomena elektromagnetisme dan listrik induktif, dan yang saat ini sangat penting bagi teknologi, diciptakan oleh Faraday dari ketiadaan.

Pada saat Faraday akhirnya mengabdikan dirinya untuk penelitian di bidang listrik, ditetapkan bahwa dengan kondisi biasa keberadaan benda yang dialiri listrik sudah cukup pengaruhnya untuk membangkitkan listrik di setiap benda lainnya. Pada saat yang sama, diketahui bahwa kawat yang dilalui arus dan yang juga merupakan benda yang dialiri listrik tidak memiliki efek pada kabel lain yang ditempatkan di dekatnya.

Apa yang menyebabkan pengecualian ini? Ini adalah pertanyaan yang menarik bagi Faraday dan solusi yang membawanya ke penemuan besar dalam bidang listrik induksi. Seperti biasa, Faraday memulai serangkaian eksperimen yang seharusnya memperjelas esensi masalah.

Faraday melilitkan dua kabel berinsulasi sejajar satu sama lain pada penggulung kayu yang sama. Dia menghubungkan ujung satu kawat ke baterai sepuluh elemen, dan ujung lainnya ke galvanometer sensitif. Ketika arus dilewatkan melalui kawat pertama,

Faraday mengalihkan semua perhatiannya ke galvanometer, berharap untuk memperhatikan dari osilasinya munculnya arus di kabel kedua juga. Namun, tidak ada yang seperti itu: galvanometer tetap tenang. Faraday memutuskan untuk meningkatkan arus dan memasukkan 120 sel galvanik ke dalam sirkuit. Hasilnya sama. Faraday mengulangi eksperimen ini puluhan kali, semuanya dengan keberhasilan yang sama.

Orang lain yang menggantikannya akan meninggalkan eksperimen, yakin bahwa arus yang melewati kawat tidak berpengaruh pada kawat yang berdekatan. Tetapi Faraday selalu mencoba mengekstrak dari eksperimen dan pengamatannya segala sesuatu yang dapat mereka berikan, dan karena itu, karena tidak menerima efek langsung pada kabel yang terhubung ke galvanometer, ia mulai mencari efek samping.

Dia segera memperhatikan bahwa galvanometer, yang tetap benar-benar tenang selama seluruh aliran arus, mulai berosilasi pada penutupan sirkuit dan pembukaannya, kawat kedua juga dirangsang oleh arus, yang dalam kasus pertama berlawanan. ke arus pertama dan sama dengan itu dalam kasus kedua dan hanya berlangsung satu saat.

Arus sesaat sekunder ini, yang disebabkan oleh pengaruh arus primer, disebut induktif oleh Faraday, dan nama ini dipertahankan sampai sekarang. Menjadi seketika, langsung menghilang setelah kemunculannya, arus induktif tidak akan memiliki arti praktis jika Faraday tidak menemukan cara, dengan bantuan perangkat yang cerdik (komutator), untuk terus-menerus menginterupsi dan kembali mengalirkan arus primer yang berasal dari baterai melalui kawat pertama, karena yang di kawat kedua terus-menerus bersemangat oleh semakin banyak arus induktif, sehingga menjadi konstan. Jadi sumber baru ditemukan energi listrik, selain yang diketahui sebelumnya (proses gesekan dan kimia), - induksi, dan jenis baru energi ini adalah listrik induksi.

Melanjutkan eksperimennya, Faraday lebih lanjut menemukan bahwa pendekatan sederhana dari kawat yang dipilin menjadi kurva tertutup ke yang lain, di mana arus galvanik mengalir, cukup untuk membangkitkan arus induktif dalam arah yang berlawanan dengan arus galvanik dalam kawat netral, yang pelepasan kawat netral kembali membangkitkan arus induktif di dalamnya. arus sudah dalam arah yang sama dengan arus galvanik yang mengalir di sepanjang kawat tetap, dan akhirnya, arus induktif ini hanya tereksitasi selama pendekatan dan penghapusan kawat ke konduktor arus galvanik, dan tanpa gerakan ini, arus tidak bersemangat, tidak peduli seberapa dekat kabel satu sama lain .

Dengan demikian, fenomena baru ditemukan, mirip dengan fenomena induksi yang dijelaskan di atas selama penutupan dan pemutusan arus galvanik. Penemuan-penemuan ini pada gilirannya memunculkan penemuan-penemuan baru. Jika dimungkinkan untuk menghasilkan arus induktif dengan menutup dan menghentikan arus galvanik, bukankah hasil yang sama diperoleh dari magnetisasi dan demagnetisasi besi?

Karya Oersted dan Ampère telah menetapkan hubungan antara magnet dan listrik. Diketahui bahwa besi menjadi magnet ketika kawat berinsulasi dililitkan di sekelilingnya dan arus galvanik melewati yang terakhir, dan bahwa sifat magnetik besi ini berhenti segera setelah arus berhenti.

Berdasarkan ini, Faraday membuat eksperimen semacam ini: dua kabel berinsulasi dililitkan di sekitar cincin besi; selain itu, satu kawat dililitkan di sekitar setengah cincin, dan yang lainnya di sekitar yang lain. Arus dari baterai galvanik dilewatkan melalui satu kawat, dan ujung lainnya dihubungkan ke galvanometer. Jadi, ketika arus ditutup atau dihentikan, dan ketika, akibatnya, cincin besi dimagnetisasi atau didemagnetisasi, jarum galvanometer berosilasi dengan cepat dan kemudian dengan cepat berhenti, yaitu, semua arus induktif sesaat yang sama tereksitasi di kabel netral - ini waktu: sudah di bawah pengaruh magnet.

Jadi, di sini untuk pertama kalinya magnet diubah menjadi listrik. Setelah menerima hasil ini, Faraday memutuskan untuk mendiversifikasi eksperimennya. Alih-alih cincin besi, ia mulai menggunakan pita besi. Alih-alih menarik magnet dalam besi dengan arus galvanik, dia membuat magnet besi dengan menyentuhnya ke magnet baja permanen. Hasilnya sama: di kawat yang melilit besi, selalu! arus tereksitasi pada momen magnetisasi dan demagnetisasi besi.

Kemudian Faraday memperkenalkan magnet baja ke dalam spiral kawat - pendekatan dan penghapusan yang terakhir menyebabkan arus induksi di kawat. Singkatnya, magnetisme, dalam arti eksitasi arus induktif, bertindak dengan cara yang persis sama dengan arus galvanik.

Pada saat itu, fisikawan sangat sibuk dengan satu fenomena misterius, ditemukan pada tahun 1824 oleh Arago dan tidak menemukan penjelasan, meskipun; bahwa penjelasan ini secara intensif dicari oleh para ilmuwan terkemuka seperti Arago sendiri, Ampre, Poisson, Babaj dan Herschel.

Masalahnya adalah sebagai berikut. Jarum magnet, tergantung bebas, dengan cepat berhenti jika lingkaran logam non-magnetik dibawa ke bawahnya; jika lingkaran kemudian dimasukkan ke dalam gerakan rotasi, jarum magnet mulai mengikutinya.

Dalam keadaan tenang, mustahil untuk menemukan daya tarik atau tolakan sedikit pun antara lingkaran dan panah, sementara lingkaran yang sama, yang sedang bergerak, menarik di belakangnya tidak hanya panah ringan, tetapi juga magnet yang berat. Fenomena yang benar-benar ajaib ini bagi para ilmuwan pada waktu itu tampak sebagai teka-teki misterius, sesuatu yang melampaui alam.

Faraday, berdasarkan data di atas, membuat asumsi bahwa lingkaran logam non-magnetik, di bawah pengaruh magnet, disirkulasikan selama rotasi oleh arus induktif yang mempengaruhi jarum magnet dan menariknya di belakang magnet.

Memang, dengan memperkenalkan tepi lingkaran antara kutub magnet besar berbentuk tapal kuda dan menghubungkan pusat dan tepi lingkaran dengan galvanometer dengan kawat, Faraday menerima arus listrik konstan selama rotasi lingkaran.

Setelah ini, Faraday menetap di fenomena lain yang kemudian menyebabkan rasa ingin tahu umum. Seperti yang Anda ketahui, jika serbuk besi ditaburkan pada magnet, mereka dikelompokkan menurut garis-garis tertentu, yang disebut kurva magnetik. Faraday, menarik perhatian pada fenomena ini, memberikan dasar pada tahun 1831 untuk kurva magnetik, nama "garis gaya magnet", yang kemudian mulai digunakan secara umum.

Studi tentang "garis" ini membawa Faraday ke penemuan baru, ternyata untuk eksitasi arus induktif, pendekatan dan pemindahan sumber dari kutub magnet tidak diperlukan. Untuk membangkitkan arus, cukup melintasi garis gaya magnet dengan cara yang diketahui.

Karya-karya Faraday selanjutnya ke arah yang disebutkan memperoleh, dari sudut pandang modern, karakter sesuatu yang benar-benar ajaib. Pada awal tahun 1832, ia mendemonstrasikan sebuah peralatan yang di dalamnya terdapat arus induktif yang dibangkitkan tanpa bantuan magnet atau arus galvanik.

Perangkat ini terdiri dari strip besi yang ditempatkan di gulungan kawat. Perangkat ini, dalam kondisi biasa, tidak memberikan sedikit pun tanda munculnya arus di dalamnya; tetapi segera setelah dia diberi arah yang sesuai dengan arah jarum magnet, sebuah arus dibangkitkan dalam kawat.

Kemudian Faraday memberikan posisi jarum magnet ke satu kumparan dan kemudian memasukkan strip besi ke dalamnya: arus kembali bersemangat. Alasan yang menyebabkan arus dalam kasus ini adalah magnet terestrial, yang menyebabkan arus induktif seperti magnet biasa atau arus galvanik. Untuk menunjukkan dan membuktikan ini lebih jelas, Faraday melakukan eksperimen lain yang sepenuhnya mengkonfirmasi ide-idenya.

Dia beralasan bahwa jika lingkaran logam non-magnetik, misalnya, tembaga, berputar pada posisi di mana ia memotong garis gaya magnet dari magnet tetangga, memberikan arus induktif, maka lingkaran yang sama, berputar tanpa adanya magnet, tetapi dalam posisi di mana lingkaran akan melintasi garis magnet terestrial, juga harus memberikan arus induktif.

Dan memang, lingkaran tembaga, yang diputar dalam bidang horizontal, memberikan arus induktif, yang menghasilkan penyimpangan yang nyata dari jarum galvanometer. Faraday menyelesaikan serangkaian studi di bidang induksi listrik dengan penemuan, dibuat pada tahun 1835, tentang "efek induktif arus pada dirinya sendiri."

Dia menemukan bahwa ketika arus galvanik ditutup atau dibuka, arus induktif sesaat tereksitasi dalam kawat itu sendiri, yang berfungsi sebagai konduktor untuk arus ini.

Fisikawan Rusia Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) memberikan aturan untuk menentukan arah arus induksi. “Arus induksi selalu diarahkan sedemikian rupa sehingga medan magnet yang ditimbulkannya menghambat atau memperlambat gerakan yang menyebabkan induksi,” catat A.A. Korobko-Stefanov dalam artikelnya tentang induksi elektromagnetik. - Misalnya, ketika kumparan mendekati magnet, arus induktif yang dihasilkan memiliki arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkannya akan berlawanan dengan medan magnet magnet. Akibatnya, gaya tolak muncul antara kumparan dan magnet.

Aturan Lenz mengikuti hukum kekekalan dan transformasi energi. Jika arus induksi mempercepat gerakan yang menyebabkannya, maka usaha akan tercipta dari ketiadaan. Kumparan itu sendiri, setelah dorongan kecil, akan bergegas menuju magnet, dan pada saat yang sama arus induksi akan melepaskan panas di dalamnya. Pada kenyataannya, arus induksi tercipta karena usaha mendekatkan magnet dan kumparan.

Mengapa ada arus induksi? Penjelasan mendalam tentang fenomena induksi elektromagnetik diberikan oleh fisikawan Inggris James Clerk Maxwell - pencipta yang lengkap teori matematika medan elektromagnetik.

Untuk lebih memahami esensi masalah, pertimbangkan eksperimen yang sangat sederhana. Biarkan kumparan terdiri dari satu lilitan kawat dan ditusuk oleh medan magnet bolak-balik yang tegak lurus terhadap bidang lilitan. Pada kumparan tersebut tentunya terdapat arus induksi. Maxwell menafsirkan eksperimen ini dengan keberanian dan ketak terdugaan yang luar biasa.

Ketika medan magnet berubah dalam ruang, menurut Maxwell, sebuah proses muncul di mana keberadaan kumparan kawat tidak penting. Hal utama di sini adalah munculnya garis lingkaran tertutup medan listrik, menutupi medan magnet yang berubah. Di bawah aksi medan listrik yang muncul, elektron mulai bergerak, dan arus listrik muncul di koil. Kumparan hanyalah perangkat yang memungkinkan Anda mendeteksi medan listrik.

Inti dari fenomena induksi elektromagnetik adalah bahwa medan magnet bolak-balik selalu menghasilkan medan listrik dengan garis-garis gaya tertutup di ruang sekitarnya. Medan seperti ini disebut medan vortex.

Penelitian di bidang induksi yang dihasilkan oleh magnetisme terestrial memberi Faraday kesempatan untuk mengungkapkan gagasan tentang telegraf sejak tahun 1832, yang kemudian menjadi dasar penemuan ini. Secara umum, penemuan induksi elektromagnetik bukan tanpa alasan dikaitkan dengan sebagian besar penemuan luar biasa Abad XIX - karya jutaan motor listrik dan generator arus listrik di seluruh dunia didasarkan pada fenomena ini ...

Sumber informasi: Samin D.K. “Seratus Hebat penemuan ilmiah"., M.: "Veche", 2002

Menjawab:

Langkah penting berikutnya dalam perkembangan elektrodinamika setelah eksperimen Ampère adalah penemuan fenomena induksi elektromagnetik. Fisikawan Inggris Michael Faraday (1791 - 1867) menemukan fenomena induksi elektromagnetik.

Faraday, masih seorang ilmuwan muda, seperti Oersted, berpikir bahwa semua kekuatan alam saling berhubungan dan, terlebih lagi, mereka mampu berubah menjadi satu sama lain. Sangat menarik bahwa Faraday mengungkapkan gagasan ini bahkan sebelum penetapan hukum kekekalan dan transformasi energi. Faraday tahu tentang penemuan Ampere, bahwa dia, secara kiasan, mengubah listrik menjadi magnet. Berkaca pada penemuan ini, Faraday sampai pada kesimpulan bahwa jika "listrik menciptakan magnet", maka sebaliknya, "magnetisme harus menciptakan listrik." Dan pada tahun 1823, dia menulis dalam buku hariannya: "Ubah magnetisme menjadi listrik." Selama delapan tahun, Faraday bekerja untuk memecahkan masalah tersebut. Untuk waktu yang lama ia dikejar oleh kegagalan, dan, akhirnya, pada tahun 1831 ia memecahkannya - ia menemukan fenomena induksi elektromagnetik.

Pertama, Faraday menemukan fenomena induksi elektromagnetik untuk kasus ketika kumparan dililitkan pada drum yang sama. Jika arus listrik muncul atau hilang dalam satu kumparan sebagai akibat dari baterai galvanik yang terhubung atau terputus darinya, maka arus jangka pendek muncul di kumparan lain pada saat itu. Arus ini dideteksi oleh galvanometer yang dihubungkan ke kumparan kedua.

Kemudian Faraday juga menetapkan adanya arus induksi dalam kumparan ketika sebuah kumparan didekati atau dipindahkan darinya, di mana arus listrik mengalir.

akhirnya, kasus induksi elektromagnetik ketiga, yang ditemukan Faraday, adalah bahwa arus muncul dalam kumparan ketika magnet dimasukkan atau dikeluarkan darinya.

Penemuan Faraday menarik perhatian banyak fisikawan, yang juga mulai mempelajari ciri-ciri fenomena induksi elektromagnetik. Tugas selanjutnya adalah menetapkan hukum umum induksi elektromagnetik. Itu perlu untuk mengetahui bagaimana dan pada apa kekuatan arus induksi pada konduktor bergantung atau pada nilai gaya gerak listrik induksi pada konduktor di mana arus listrik diinduksi bergantung.

Tugas ini terbukti sulit. Itu sepenuhnya diselesaikan oleh Faraday dan Maxwell kemudian dalam kerangka doktrin yang mereka kembangkan tentang medan elektromagnetik. Tetapi fisikawan juga mencoba memecahkannya, yang menganut teori jarak jauh yang umum pada saat itu dalam doktrin fenomena listrik dan magnet.

Sesuatu yang berhasil dilakukan para ilmuwan ini. Pada saat yang sama, mereka dibantu oleh aturan yang ditemukan oleh akademisi St. Petersburg Emil Khristianovich Lenz (1804 - 1865) untuk menemukan arah arus induksi di kesempatan yang berbeda induksi elektromagnetik. Lenz merumuskannya sebagai berikut: “Jika sebuah konduktor logam bergerak di dekat arus galvanik atau magnet, maka arus galvanik tereksitasi di dalamnya sedemikian rupa sehingga jika konduktor ini diam, maka arus dapat menyebabkannya bergerak berlawanan arah. arah; diasumsikan bahwa konduktor yang diam hanya dapat bergerak ke arah gerak atau ke arah yang berlawanan.

Aturan ini sangat nyaman untuk menentukan arah arus induktif. Kami menggunakannya bahkan sekarang, hanya sekarang diformulasikan sedikit berbeda, dengan penguburan konsep induksi elektromagnetik, yang tidak digunakan Lenz.

Tetapi secara historis, makna utama dari aturan Lenz adalah bahwa hal itu mendorong gagasan tentang bagaimana menemukan hukum induksi elektromagnetik. Faktanya adalah bahwa dalam aturan atom ada hubungan antara induksi elektromagnetik dan fenomena interaksi arus. Pertanyaan tentang interaksi arus telah diselesaikan oleh Ampere. Oleh karena itu, pembentukan hubungan ini pada awalnya memungkinkan untuk menentukan ekspresi gaya gerak listrik induksi dalam konduktor untuk sejumlah kasus khusus.

PADA pandangan umum hukum induksi elektromagnetik, seperti yang telah kita katakan tentangnya, ditetapkan oleh Faraday dan Maxwell.

Induksi elektromagnetik - fenomena terjadinya arus listrik dalam rangkaian tertutup ketika fluks magnet yang melewatinya berubah.

Induksi elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday pada tanggal 29 Agustus 1831. Dia menemukan bahwa gaya gerak listrik yang terjadi dalam rangkaian konduktor tertutup sebanding dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian ini. Besarnya gaya gerak listrik (EMF) tidak tergantung pada apa yang menyebabkan perubahan fluks - perubahan medan magnet itu sendiri atau pergerakan sirkuit (atau bagiannya) dalam medan magnet. Arus listrik yang ditimbulkan oleh EMF ini disebut arus induksi.

Induksi sendiri - terjadinya EMF induksi dalam rangkaian konduksi tertutup ketika arus yang mengalir melalui rangkaian berubah.

Ketika arus dalam rangkaian berubah secara proporsional, dan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur ini. Perubahan fluks magnet ini, karena hukum induksi elektromagnetik, menyebabkan eksitasi EMF induktif di sirkuit ini.

Fenomena ini disebut induksi diri. (Konsep ini terkait dengan konsep induksi timbal balik, seolah-olah, kasus khusus).

Arah Induksi diri EMF selalu menjadi sedemikian rupa sehingga ketika arus dalam rangkaian meningkat, EMF induksi-diri mencegah peningkatan ini (diarahkan melawan arus), dan ketika arus berkurang, ia berkurang (diarahkan bersama dengan arus). Dengan sifat ini, EMF induksi diri mirip dengan gaya inersia.

Penciptaan relai pertama didahului oleh penemuan pada tahun 1824 oleh orang Inggris Sturgeon tentang elektromagnet - perangkat yang mengubah arus listrik input dari lilitan kumparan kawat pada inti besi menjadi medan magnet yang dihasilkan di dalam dan di luar inti ini. Medan magnet ditetapkan (terdeteksi) oleh efeknya pada bahan feromagnetik yang terletak di dekat inti. Bahan ini tertarik ke inti elektromagnet.

Selanjutnya, efek perubahan energi arus listrik menjadi energi mekanik dari gerakan berarti dari bahan feromagnetik eksternal (armature) membentuk dasar dari berbagai perangkat telekomunikasi elektromekanis (telegrafi dan telepon), teknik listrik, dan industri tenaga listrik. Salah satu perangkat semacam itu yang pertama adalah relai elektromagnetik, yang ditemukan oleh orang Amerika J. Henry pada tahun 1831.

Sejauh ini, kami telah mempertimbangkan medan listrik dan magnet yang tidak berubah seiring waktu. Ditemukan bahwa medan listrik dibuat muatan listrik, dan medan magnet - muatan yang bergerak, yaitu arus listrik. Mari kita beralih untuk berkenalan dengan medan listrik dan magnet, yang berubah seiring waktu.

Paling fakta penting, yang telah ditemukan, adalah hubungan terdekat antara medan listrik dan magnet. Medan magnet yang berubah terhadap waktu menghasilkan medan listrik, dan medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet. Tanpa hubungan antar medan ini, variasi manifestasi gaya elektromagnetik tidak akan seluas yang sebenarnya. Tidak akan ada gelombang radio atau cahaya.

Bukan kebetulan bahwa yang pertama langkah yang menentukan dalam penemuan sifat-sifat baru interaksi elektromagnetik membuat pendiri ide-ide tentang medan elektromagnetik - Faraday. Faraday yakin dengan sifat kesatuan fenomena listrik dan magnet. Berkat ini, ia membuat penemuan, yang kemudian menjadi dasar untuk desain generator semua pembangkit listrik di dunia, mengubah energi mekanik menjadi energi arus listrik. (Sumber lain: sel galvanik, baterai, dll. - memberikan bagian yang dapat diabaikan dari energi yang dihasilkan.)

Arus listrik, Faraday beralasan, mampu memagnetisasi sepotong besi. Bisakah magnet pada gilirannya menyebabkan arus listrik mengalir?

Untuk waktu yang lama, koneksi ini tidak dapat ditemukan. Sulit untuk memikirkan hal utama, yaitu: hanya magnet yang bergerak atau medan magnet yang berubah dalam waktu yang dapat membangkitkan arus listrik dalam kumparan.

Jenis kecelakaan apa yang dapat mencegah penemuan, menunjukkan fakta berikut. Hampir bersamaan dengan Faraday, fisikawan Swiss Colladon mencoba mendapatkan arus listrik dalam sebuah kumparan menggunakan magnet. Saat bekerja, ia menggunakan galvanometer, jarum magnet ringan yang ditempatkan di dalam kumparan perangkat. Agar magnet tidak secara langsung mempengaruhi jarum, ujung-ujung kumparan tempat Colladon mendorong magnet, berharap mendapatkan arus di dalamnya, dibawa keluar ke kamar sebelah dan ada yang terhubung ke galvanometer. Setelah memasukkan magnet ke dalam kumparan, Colladon pergi ke kamar sebelah dan, dengan kecewa,

memastikan bahwa galvanometer tidak menunjukkan arus. Jika saja dia memperhatikan galvanometer sepanjang waktu dan meminta seseorang untuk mengerjakan magnet, penemuan yang luar biasa akan dibuat. Tapi ini tidak terjadi. Sebuah magnet yang diam relatif terhadap sebuah kumparan tidak menyebabkan arus di dalamnya.

Fenomena induksi elektromagnetik terdiri dari terjadinya arus listrik dalam rangkaian penghantar, yang diam dalam medan magnet yang berubah terhadap waktu, atau bergerak dalam medan magnet konstan sedemikian rupa sehingga jumlah garis induksi magnetik yang menembus perubahan sirkuit. Ditemukan pada 29 Agustus 1831. Ini adalah kasus yang jarang terjadi ketika tanggal penemuan baru yang luar biasa diketahui dengan tepat. Berikut adalah deskripsi percobaan pertama yang diberikan oleh Faraday sendiri:

“Luka pada gulungan kayu lebar kawat tembaga Panjangnya 203 kaki, dan di antara lilitannya dililitkan kawat dengan panjang yang sama, tetapi diisolasi dari benang kapas pertama. Salah satu spiral ini dihubungkan ke galvanometer, dan yang lainnya ke baterai kuat yang terdiri dari 100 pasang pelat ... Ketika sirkuit ditutup, adalah mungkin untuk melihat aksi tiba-tiba, tetapi sangat lemah pada galvanometer, dan sama diperhatikan ketika arus berhenti. Dengan aliran arus yang terus menerus melalui salah satu kumparan, tidak mungkin untuk mencatat efek apa pun pada galvanometer, atau secara umum efek induktif apa pun pada kumparan lainnya, terlepas dari kenyataan bahwa pemanasan seluruh kumparan yang terhubung ke baterai, dan kecerahan percikan yang melompat di antara bara, bersaksi tentang daya baterai "(Faraday M. " studi eksperimental pada listrik", seri ke-1).

Jadi, awalnya, induksi ditemukan pada konduktor yang tidak bergerak relatif satu sama lain selama penutupan dan pembukaan sirkuit. Kemudian, memahami dengan jelas bahwa pendekatan atau pelepasan konduktor dengan arus harus mengarah pada hasil yang sama seperti penutupan dan pembukaan rangkaian, Faraday membuktikan melalui eksperimen bahwa arus muncul ketika kumparan saling bergerak.

relatif terhadap seorang teman. Familiar dengan karya-karya Ampère, Faraday memahami bahwa magnet adalah kumpulan arus kecil yang beredar dalam molekul. Pada tanggal 17 Oktober, seperti yang tercatat dalam jurnal laboratoriumnya, arus induksi terdeteksi dalam kumparan selama penyisipan (atau penarikan) magnet. Dalam satu bulan, Faraday secara eksperimental menemukan semua fitur penting dari fenomena induksi elektromagnetik.

Saat ini, eksperimen Faraday dapat diulangi oleh semua orang. Untuk melakukan ini, Anda harus memiliki dua kumparan, magnet, baterai elemen, dan galvanometer yang cukup sensitif.

Dalam instalasi yang ditunjukkan pada Gambar 238, arus induksi terjadi di salah satu kumparan ketika rangkaian listrik dari kumparan lain, yang relatif stasioner terhadap yang pertama, ditutup atau dibuka. Dalam instalasi pada Gambar 239, rheostat mengubah arus di salah satu kumparan. Pada Gambar 240, a, arus induksi muncul ketika kumparan bergerak relatif satu sama lain, dan pada Gambar 240, b - saat bergerak magnet permanen mengenai kumparan.

Faraday sendiri sudah memahami hal umum yang menentukan munculnya arus induksi dalam eksperimen yang tampak berbeda secara lahiriah.

Dalam rangkaian konduktor tertutup, arus muncul ketika jumlah garis induksi magnetik yang menembus area yang dibatasi oleh rangkaian ini berubah. Dan semakin cepat jumlah garis perubahan induksi magnet, semakin besar arus induksi yang dihasilkan. Dalam hal ini, alasan perubahan jumlah garis induksi magnet sama sekali tidak berbeda. Ini dapat berupa perubahan jumlah garis induksi magnetik yang menembus area sirkuit konduktif tetap karena perubahan kekuatan arus dalam kumparan yang berdekatan (Gbr. 238), dan perubahan jumlah garis induksi karena pergerakan sirkuit dalam medan magnet yang tidak homogen, yang kerapatan garisnya bervariasi dalam ruang (Gbr. 241).

Vektor induksi magnetik \(~\vec B\) mencirikan medan magnet pada setiap titik dalam ruang. Mari kita perkenalkan satu kuantitas lagi yang bergantung pada nilai vektor induksi magnetik tidak pada satu titik, tetapi pada semua titik dari permukaan yang dipilih secara sewenang-wenang. Besaran ini disebut fluks vektor induksi magnet, atau fluks magnet.

Mari kita isolasi dalam medan magnet seperti elemen permukaan kecil dengan luas S sehingga induksi magnet pada semua titiknya dapat dianggap sama. Misalkan \(~\vec n\) adalah normal dari elemen yang membentuk sudut α dengan arah vektor induksi magnetik (Gbr. 1).

Fluks vektor induksi magnet melalui luas permukaan S sebut nilai yang sama dengan produk modulus vektor induksi magnetik \(~\vec B\) dan luas S dan kosinus sudut α antara vektor \(~\vec B\) dan \(~\vec n\) (normal terhadap permukaan):

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

Kerja B karena α = PADA n adalah proyeksi vektor induksi magnetik ke normal elemen. Jadi

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

Aliran dapat berupa positif atau negatif tergantung pada nilai sudut α .

Jika medan magnet seragam, maka fluks melalui permukaan datar dengan luas S sama dengan:

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

Fluks induksi magnet dapat dengan jelas diinterpretasikan sebagai besaran yang sebanding dengan jumlah garis vektor \(~\vec B\) yang menembus luas permukaan tertentu.

Secara umum, permukaannya bisa ditutup. Dalam hal ini, jumlah garis induksi yang memasuki bagian dalam permukaan sama dengan jumlah garis yang keluar (Gbr. 2). Jika permukaan tertutup, maka normal luar dianggap normal positif permukaan.

Garis induksi magnet tertutup, yang berarti bahwa fluks induksi magnet melalui permukaan tertutup sama dengan nol. (Garis yang meninggalkan permukaan memberikan fluks positif, dan garis yang memasuki fluks negatif.) Sifat dasar medan magnet ini disebabkan oleh tidak adanya muatan magnet. Jika tidak ada muatan listrik, maka fluks listrik yang melalui permukaan tertutup akan menjadi nol.

Induksi elektromagnetik

Penemuan induksi elektromagnetik

Pada tahun 1821, Michael Faraday menulis dalam buku hariannya: "Ubah magnetisme menjadi listrik." Setelah 10 tahun, masalah ini diselesaikan olehnya.

M. Faraday yakin akan sifat terpadu dari fenomena listrik dan magnet, tetapi lama hubungan antara fenomena ini tidak dapat ditemukan. Sulit untuk memikirkan poin utamanya: hanya medan magnet yang berubah terhadap waktu yang dapat membangkitkan arus listrik dalam kumparan tetap, atau kumparan itu sendiri harus bergerak dalam medan magnet.

Penemuan induksi elektromagnetik, sebagaimana Faraday menyebut fenomena ini, dilakukan pada 29 Agustus 1831. Berikut Deskripsi Singkat pengalaman pertama yang diberikan oleh Faraday sendiri. “Sebuah kawat tembaga sepanjang 203 kaki (satu kaki sama dengan 304,8 mm) dililitkan pada gulungan kayu yang lebar, dan sebuah kawat dengan panjang yang sama dililitkan di antara lilitannya, tetapi diisolasi dari benang kapas pertama. Salah satu spiral ini terhubung ke galvanometer, dan yang lainnya ke baterai yang kuat, terdiri dari 100 pasang pelat ... Ketika sirkuit ditutup, adalah mungkin untuk melihat efek tiba-tiba, tetapi sangat lemah pada galvanometer, dan hal yang sama diperhatikan ketika arus berhenti. Dengan aliran arus yang terus menerus melalui salah satu kumparan, tidak mungkin untuk mencatat efek apa pun pada galvanometer, atau secara umum efek induktif apa pun pada kumparan lainnya, terlepas dari kenyataan bahwa pemanasan seluruh kumparan yang terhubung ke baterai, dan kecerahan percikan yang melompat di antara bara, bersaksi tentang daya baterai.

Jadi, awalnya, induksi ditemukan pada konduktor yang tidak bergerak relatif satu sama lain selama penutupan dan pembukaan sirkuit. Kemudian, memahami dengan jelas bahwa pendekatan atau pelepasan konduktor dengan arus harus mengarah pada hasil yang sama seperti menutup dan membuka rangkaian, Faraday membuktikan melalui eksperimen bahwa arus muncul ketika kumparan bergerak relatif satu sama lain (Gbr. 3).

Familiar dengan karya-karya Ampère, Faraday memahami bahwa magnet adalah kumpulan arus kecil yang beredar dalam molekul. Pada tanggal 17 Oktober, seperti yang tercatat dalam jurnal laboratoriumnya, arus induksi terdeteksi dalam kumparan selama magnet mendorong (atau menarik keluar) (Gbr. 4).

Dalam satu bulan, Faraday secara eksperimental menemukan semua fitur penting dari fenomena induksi elektromagnetik. Tinggal memberikan hukum bentuk kuantitatif yang ketat dan sepenuhnya mengungkapkan sifat fisik dari fenomena tersebut. Faraday sendiri sudah memahami hal umum yang menentukan munculnya arus induksi dalam eksperimen yang tampak berbeda secara lahiriah.

Dalam rangkaian konduktor tertutup, arus muncul ketika jumlah garis induksi magnetik yang menembus permukaan yang dibatasi oleh rangkaian ini berubah. Fenomena ini disebut induksi elektromagnetik.

Dan semakin cepat jumlah garis induksi magnet berubah, semakin besar arus yang dihasilkan. Dalam hal ini, alasan perubahan jumlah garis induksi magnet sama sekali tidak berbeda. Ini dapat berupa perubahan jumlah garis induksi magnet yang menembus konduktor tetap karena perubahan kekuatan arus dalam kumparan yang berdekatan, dan perubahan jumlah garis karena pergerakan rangkaian dalam medan magnet yang tidak homogen. , kepadatan garis yang bervariasi dalam ruang (Gbr. 5).

aturan Lenz

Arus induktif yang muncul dalam penghantar segera mulai berinteraksi dengan arus atau magnet yang membangkitkannya. Jika magnet (atau kumparan berarus) didekatkan ke konduktor tertutup, maka arus induksi yang muncul dengan medan magnetnya pasti akan menolak magnet (kumparan). Usaha harus dilakukan untuk mendekatkan magnet dan kumparan. Ketika magnet dilepas, terjadi tarik-menarik. Aturan ini diikuti dengan ketat. Bayangkan jika keadaannya berbeda: Anda mendorong magnet ke arah kumparan, dan magnet itu akan masuk dengan sendirinya. Ini akan melanggar hukum kekekalan energi. Lagi pula, energi mekanik magnet akan meningkat dan pada saat yang sama akan timbul arus, yang dengan sendirinya memerlukan pengeluaran energi, karena arus juga dapat melakukan kerja. Arus listrik yang diinduksi dalam jangkar generator, berinteraksi dengan medan magnet stator, memperlambat rotasi jangkar. Hanya karena itu, untuk memutar angker, perlu untuk melakukan pekerjaan, semakin besar, semakin besar kekuatan saat ini. Karena pekerjaan ini, arus induksi muncul. Sangat menarik untuk dicatat bahwa jika medan magnet planet kita sangat besar dan sangat tidak homogen, maka gerakan cepat dari benda-benda penghantar di permukaannya dan di atmosfer tidak mungkin terjadi karena interaksi intens dari arus yang diinduksi dalam tubuh dengan ini. bidang. Benda akan bergerak seperti dalam media kental padat dan pada saat yang sama akan sangat panas. Baik pesawat maupun roket tidak bisa terbang. Seseorang tidak bisa dengan cepat menggerakkan tangan atau kakinya, karena tubuh manusia- konduktor yang baik.

Jika kumparan di mana arus diinduksi adalah stasioner relatif terhadap kumparan tetangga dengan arus bolak-balik, seperti, misalnya, dalam transformator, maka dalam hal ini arah arus induksi ditentukan oleh hukum kekekalan energi. Arus ini selalu diarahkan sedemikian rupa sehingga medan magnet yang ditimbulkannya cenderung mengurangi variasi arus pada primer.

Tolak-menolak atau tarik-menarik magnet oleh sebuah kumparan tergantung pada arah arus induksi di dalamnya. Oleh karena itu, hukum kekekalan energi memungkinkan kita untuk merumuskan aturan yang menentukan arah arus induksi. Apa perbedaan antara dua percobaan: pendekatan magnet ke koil dan pelepasannya? Dalam kasus pertama, fluks magnet (atau jumlah garis induksi magnetik yang menembus belitan kumparan) meningkat (Gbr. 6, a), dan dalam kasus kedua berkurang (Gbr. 6, b). Selain itu, dalam kasus pertama, garis induksi PADA' dari medan magnet yang diciptakan oleh arus induksi yang muncul dalam kumparan, keluar dari ujung atas kumparan, karena kumparan menolak magnet, dan dalam kasus kedua, sebaliknya, memasuki ujung ini. Garis-garis induksi magnetik pada Gambar 6 ditunjukkan dengan goresan.

Beras. 6

Sekarang kita sampai pada poin utama: dengan peningkatan fluks magnet melalui belitan koil, arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang diciptakannya mencegah pertumbuhan fluks magnet melalui belitan koil. Bagaimanapun, vektor induksi \ (~ \ vec B "\) medan ini diarahkan terhadap vektor induksi \ (~ \ vec B \) medan, yang perubahannya menghasilkan arus listrik. Jika fluks magnet melalui kumparan melemah, maka arus induksi menciptakan medan magnet dengan induksi \(~\vec B"\) , yang meningkatkan fluks magnet melalui belitan kumparan.

Inilah intinya peraturan umum menentukan arah arus induktif, yang berlaku dalam semua kasus. Aturan ini ditetapkan oleh fisikawan Rusia E. X. Lenz (1804-1865).

Berdasarkan aturan Lenz

arus induksi yang timbul dalam rangkaian tertutup memiliki arah sedemikian rupa sehingga fluks magnet yang diciptakan olehnya melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian cenderung mencegah perubahan fluks yang menghasilkan arus ini.

arus induktif memiliki arah sedemikian rupa sehingga mencegah penyebab yang menyebabkannya.

Dalam kasus superkonduktor, kompensasi untuk perubahan fluks magnet eksternal akan lengkap. Fluks induksi magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh sirkuit superkonduktor tidak berubah sama sekali terhadap waktu dalam kondisi apa pun.

Hukum induksi elektromagnetik

Eksperimen Faraday menunjukkan bahwa kekuatan arus induksi Saya i dalam rangkaian penghantar sebanding dengan laju perubahan jumlah garis induksi magnetik \(~\vec B\) yang menembus permukaan yang dibatasi oleh rangkaian ini. Lebih tepatnya, pernyataan ini dapat dirumuskan dengan menggunakan konsep fluks magnet.

Fluks magnet secara jelas diartikan sebagai jumlah garis induksi magnet yang menembus permukaan dengan luas S. Oleh karena itu, laju perubahan bilangan ini tidak lain adalah laju perubahan fluks magnet. Jika dalam waktu singkat t fluks magnet berubah menjadi F, maka laju perubahan fluks magnet adalah \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Oleh karena itu, pernyataan yang mengikuti langsung dari pengalaman dapat dirumuskan sebagai berikut:

kekuatan arus induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur:

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

Diketahui bahwa arus listrik muncul di sirkuit ketika gaya eksternal bekerja pada muatan bebas. Kerja gaya-gaya ini ketika menggerakkan satu muatan positif sepanjang rangkaian tertutup disebut gaya gerak listrik. Oleh karena itu, ketika fluks magnet berubah melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur, gaya eksternal muncul di dalamnya, yang tindakannya dicirikan oleh EMF, yang disebut EMF induksi. Mari kita tunjukkan dengan huruf E saya .

Hukum induksi elektromagnetik diformulasikan secara khusus untuk EMF, dan bukan untuk kekuatan arus. Dengan formulasi ini, hukum mengungkapkan esensi dari fenomena, yang tidak bergantung pada sifat konduktor di mana arus induksi terjadi.

Berdasarkan hukum induksi elektromagnetik (EMR)

GGL induksi dalam loop tertutup sama dengan nilai absolut dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh loop:

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

Bagaimana cara memperhitungkan arah arus induksi (atau tanda EMF induksi) dalam hukum induksi elektromagnetik sesuai dengan aturan Lenz?

Gambar 7 menunjukkan loop tertutup. Kami akan mempertimbangkan positif arah melewati kontur berlawanan arah jarum jam. Normal ke kontur \(~\vec n\) membentuk sekrup kanan dengan arah bypass. Tanda EMF, yaitu, kerja spesifik, tergantung pada arah gaya eksternal sehubungan dengan arah melewati sirkuit. Jika arah ini bertepatan, maka E i > 0 dan, karenanya, Saya i > 0. Jika tidak, EMF dan kekuatan arus negatif.

Biarkan induksi magnetik \(~\vec B\) dari medan magnet luar diarahkan sepanjang garis normal ke kontur dan meningkat seiring waktu. Kemudian F> 0 dan \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) > 0. Menurut aturan Lenz, arus induksi menghasilkan fluks magnet F’ < 0. Линии индукции B' dari medan magnet arus induksi ditunjukkan pada Gambar 7 dengan tanda hubung. Oleh karena itu, arus induksi Saya i diarahkan searah jarum jam (melawan arah bypass positif) dan ggl induksi negatif. Oleh karena itu, dalam hukum induksi elektromagnetik, harus ada tanda minus:

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

PADA sistem internasional unit, hukum induksi elektromagnetik digunakan untuk menetapkan unit fluks magnet. Satuan ini disebut weber (Wb).

Sejak EMF induksi E i dinyatakan dalam volt, dan waktu dalam detik, maka dari hukum Weber EMP dapat ditentukan sebagai berikut:

fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh loop tertutup sama dengan 1 Wb, jika, dengan penurunan seragam dalam fluks ini menjadi nol dalam 1 s, ggl induksi sama dengan 1 V terjadi pada loop:

1 Wb \u003d 1 V 1 dtk.

bidang pusaran

Mengubah waktu, medan magnet menghasilkan medan listrik. J. Maxwell adalah orang pertama yang sampai pada kesimpulan ini.

Sekarang fenomena induksi elektromagnetik muncul di hadapan kita dalam cahaya baru. Hal utama di dalamnya adalah proses pembangkitan medan listrik oleh medan magnet. Dalam hal ini, keberadaan sirkuit konduktif, seperti koil, tidak mengubah esensi masalah. Konduktor dengan suplai elektron bebas (atau partikel lain) hanya membantu mendeteksi medan listrik yang muncul. Medan membuat elektron bergerak dalam konduktor dan dengan demikian mengungkapkan dirinya sendiri. Inti dari fenomena induksi elektromagnetik dalam konduktor tetap tidak begitu banyak dalam penampilan arus induksi, tetapi dalam penampilan medan listrik yang menggerakkan muatan listrik.

Medan listrik yang terjadi ketika medan magnet berubah memiliki struktur yang sama sekali berbeda dari elektrostatik. Itu tidak terhubung langsung dengan muatan listrik, dan garis tegangannya tidak dapat dimulai dan diakhiri. Mereka umumnya tidak mulai atau berakhir di mana saja, tetapi garis tertutup, mirip dengan garis induksi medan magnet. Ini disebut medan listrik pusaran. Mungkin timbul pertanyaan: mengapa sebenarnya medan ini disebut listrik? Bagaimanapun, ia memiliki asal yang berbeda dan konfigurasi yang berbeda dari medan listrik statis. Jawabannya sederhana: medan pusaran bekerja pada muatan q dengan cara yang sama seperti elektrostatik, dan kami mempertimbangkan dan masih menganggap ini sebagai properti utama lapangan. Gaya yang bekerja pada muatan tetap \(~\vec F = q \vec E\) , di mana \(~\vec E\) adalah intensitas medan pusaran. Jika fluks magnet dibuat oleh medan magnet seragam yang terkonsentrasi dalam tabung silinder sempit yang panjang dengan jari-jari r 0 (Gbr. 8), jelas dari pertimbangan simetri bahwa garis-garis kuat medan listrik terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap garis \(~\vec B\) dan berbentuk lingkaran. Sesuai dengan aturan Lenz, saat induksi magnetik \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \kanan)\) meningkat, garis medan \(~\vec E\) terbentuk sekrup kiri dengan arah induksi magnet \(~\vec B\) .

Tidak seperti medan listrik statis atau stasioner, kerja medan pusaran pada jalur tertutup tidak sama dengan nol. Memang, ketika muatan bergerak bersama garis tertutup kuat medan listrik, usaha pada semua bagian lintasan mempunyai tanda yang sama, karena gaya dan perpindahan berimpit pada arahnya. Medan listrik pusaran, seperti medan magnet, tidak potensial.

Kerja medan listrik pusaran dalam memindahkan muatan positif tunggal sepanjang konduktor tetap tertutup secara numerik sama dengan EMF induksi dalam konduktor ini.

Jadi, medan magnet bolak-balik menghasilkan medan listrik pusaran. Tapi tidakkah Anda berpikir bahwa satu pernyataan tidak cukup di sini? Saya ingin tahu bagaimana mekanisme proses ini. Apakah mungkin untuk menjelaskan bagaimana hubungan bidang ini diwujudkan di alam? Dan di sinilah keingintahuan alami Anda tidak dapat dipuaskan. Tidak ada mekanisme di sini. Hukum induksi elektromagnetik adalah hukum alam yang mendasar, yang berarti bersifat dasar, primer. Banyak fenomena yang dapat dijelaskan oleh tindakannya, tetapi ia sendiri tetap tidak dapat dijelaskan hanya karena tidak ada hukum yang lebih dalam dari mana ia akan mengikuti sebagai konsekuensinya. Bagaimanapun, undang-undang seperti itu saat ini tidak diketahui. Ini semua adalah hukum dasar: hukum gravitasi, hukum Coulomb, dll.

Tentu saja, kita bebas mengajukan pertanyaan apa pun di depan alam, tetapi tidak semuanya masuk akal. Jadi, misalnya, adalah mungkin dan perlu untuk menyelidiki penyebab berbagai fenomena, tetapi tidak ada gunanya mencoba mencari tahu mengapa kausalitas ada sama sekali. Begitulah sifat segala sesuatu, begitulah dunia tempat kita hidup.

literatur

Zhilko V.V. Fisika: Prok. tunjangan untuk kelas 10. pendidikan umum sekolah dari Rusia lang. pelatihan / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 hal.
Myakishev, G.Ya. Fisika: Elektrodinamika. 10-11 sel. : studi. untuk studi mendalam tentang fisika / G.Ya. Myakishev, A.3. Sinyakov, V.A. Slobodskov. – M.: Bustard, 2005. – 476 hal.