Elektromagnetinės indukcijos dėsnis. Kas atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį

Fenomenas elektromagnetinė indukcija atrado Mile Faraday 1831 m. Dar prieš 10 metų Faradėjus galvojo apie būdą magnetizmą paversti elektra. Jis tikėjo, kad magnetinis laukas ir elektrinis laukas turi kazkaip susieti.

Elektromagnetinės indukcijos atradimas

Pavyzdžiui, naudojant elektrinis laukas Geležinį objektą galite įmagnetinti. Tikriausiai tai turėtų būti įmanoma gauti naudojant magnetą elektros.

Pirma, Faradėjus atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį laiduose, kurie yra nejudantys vienas kito atžvilgiu. Kai viename iš jų atsirado srovė, srovė buvo indukuota ir kitoje ritėje. Be to, ateityje jis išnyko ir vėl pasirodė tik tada, kai buvo išjungtas vienos ritės maitinimas.

Po kurio laiko Faradėjus eksperimentais įrodė, kad ritę be srovės pajudinus grandinėje kitos atžvilgiu, kurios galuose įvedama įtampa, pirmoje ritėje atsiras ir elektros srovė.

Kitas eksperimentas buvo magneto įvedimas į ritę, o tuo pačiu metu joje taip pat atsirado srovė. Šie eksperimentai parodyti šiuose paveikslėliuose.

Faradėjus suformulavo pagrindinę srovės atsiradimo uždaroje grandinėje priežastį. Uždaroje laidžioje grandinėje srovė atsiranda, kai keičiasi šią grandinę persmelkiančių magnetinės indukcijos linijų skaičius.

Kuo didesnis šis pokytis, tuo stipresnė bus indukcijos srovė. Nesvarbu, kaip pasieksime magnetinės indukcijos linijų skaičiaus pasikeitimą. Pavyzdžiui, tai galima padaryti perkeliant kontūrą netolygiame magnetiniame lauke, kaip atsitiko eksperimente su magnetu arba ritės judėjimu. O mes galime, pavyzdžiui, keisti srovės stiprumą greta grandinės esančioje ritėje, tuo tarpu keisis šios ritės sukurtas magnetinis laukas.

Įstatymo formuluotė

Trumpai apibendrinkime. Elektromagnetinės indukcijos reiškinys yra srovės atsiradimo uždaroje grandinėje reiškinys, pasikeitus magnetiniam laukui, kuriame yra ši grandinė.

Norint tiksliau suformuluoti elektromagnetinės indukcijos dėsnį, būtina įvesti reikšmę, kuri charakterizuotų magnetinį lauką – magnetinės indukcijos vektoriaus srautą.

magnetinis srautas

Magnetinės indukcijos vektorius žymimas raide B. Jis apibūdins magnetinį lauką bet kuriame erdvės taške. Dabar apsvarstykite uždarą kontūrą, ribojantį paviršių su plotu S. Padėkime jį į vienodą magnetinį lauką.

Tarp normalaus vektoriaus į paviršių ir magnetinės indukcijos vektoriaus bus tam tikras kampas a. Magnetinis srautas Ф per paviršių, kurio plotas S, vadinamas fizinis kiekis, lygus magnetinės indukcijos vektoriaus modulio ir paviršiaus ploto bei kampo tarp magnetinės indukcijos vektoriaus ir kontūro normaliosios kosinuso sandaugai.

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

Produktas B*cos(a) yra vektoriaus B projekcija į normaliąją n. Todėl magnetinio srauto formą galima perrašyti taip:

Magnetinio srauto vienetas yra Weberis. Žymi 1 Wb. Sukuriamas 1 Wb magnetinis srautas magnetinis laukas su 1 T indukcija per 1 m ^ 2 paviršiaus plotą, kuris yra statmenas magnetinės indukcijos vektoriui.

Po Oerstedo ir Ampère'o atradimų paaiškėjo, kad elektra turi magnetinę jėgą. Dabar reikėjo patvirtinti įtaką magnetiniai reiškiniai prie elektrinio. Šią problemą puikiai išsprendė Faradėjus.

Michaelas Faradėjus (1791–1867) gimė Londone, vienoje skurdžiausių jo vietovių. Jo tėvas buvo kalvis, o mama – nuomininko duktė. Kai Faradėjus pasiekė mokyklinį amžių, jis buvo išsiųstas į pradinę mokyklą. Faradėjaus kursas čia buvo labai siauras ir apsiribojo tik skaitymo, rašymo ir skaičiavimo pradžia.

Už kelių žingsnių nuo namo, kuriame gyveno Faradėjų šeima, buvo knygynas, kuris taip pat buvo knygų įrišimo įstaiga. Štai kur Faradėjus pateko, baigęs kursą pradinė mokykla kai iškilo klausimas dėl profesijos pasirinkimo jam. Tuo metu Michaelui buvo tik 13 metų. Jau jaunystėje, kai Faradėjus buvo tik pradėjęs saviugdą, jis stengėsi pasikliauti vien faktais, o kitų pranešimus patikrinti savo patirtimi.

Šie siekiai dominavo visą gyvenimą kaip pagrindiniai jo bruožai mokslinę veiklą Fizinės ir cheminiai eksperimentai Faradėjus pradėjo tai daryti būdamas berniukas, pirmą kartą susipažinęs su fizika ir chemija. Kartą Michaelas lankė vieną iš Humphrey Davy, didžiojo anglų fiziko, paskaitų.

Faradėjus išsamiai užrašė paskaitą, surišo ir nusiuntė Deiviui. Jis buvo toks sužavėtas, kad pasiūlė Faraday dirbti su juo sekretore. Netrukus Davy išvyko į kelionę po Europą ir pasiėmė Faradėjų su savimi. Dvejus metus jie lankėsi didžiausiuose Europos universitetuose.

1815 m. grįžęs į Londoną Faradėjus pradėjo dirbti asistentu vienoje iš Londono karališkosios institucijos laboratorijų. Tuo metu tai buvo viena geriausių fizinių laboratorijų pasaulyje.1816–1818 metais Faradėjus paskelbė keletą nedidelių užrašų ir nedidelių atsiminimų apie chemiją. Pirmasis Faradėjaus darbas apie fiziką datuojamas 1818 m.

Remiantis savo pirmtakų patirtimi ir derinant keletą savų išgyvenimų 1821 m. rugsėjo mėn. Michaelas išspausdino „Elektromagnetizmo sėkmės istoriją“. Jau tuo metu jis sukūrė visiškai teisingą magnetinės adatos nukreipimo veikiant srovei reiškinio esmės sampratą.

Pasiekęs šią sėkmę, Faradėjus dešimčiai metų paliko studijas elektros srityje, atsidavęs keletui kitokio pobūdžio dalykų. 1823 metais Faradėjus padarė vieną svarbiausių atradimų fizikos srityje – jis pirmiausia pasiekė dujų suskystinimą, o kartu sukūrė paprastą, bet pagrįstą metodą, kaip dujas paversti skysčiu. 1824 m. Faradėjus padarė keletą atradimų fizikos srityje.

Be kita ko, jis nustatė faktą, kad šviesa veikia stiklo spalvą, ją keičia. AT kitais metais Faradėjus vėl pasuka nuo fizikos prie chemijos, o jo darbo šioje srityje rezultatas – benzino ir sieros naftaleno rūgšties atradimas.

1831 m. Faradėjus paskelbė traktatą „Apie ypatingą optinės iliuzijos tipą“, kuriuo buvo sukurtas gražus ir smalsus optinis sviedinys, vadinamas „chromotropu“. Tais pačiais metais buvo išleistas kitas mokslininko traktatas „Apie vibruojančias plokštes“. Daugelis šių kūrinių savaime galėtų įamžinti jų autoriaus vardą. Tačiau svarbiausia iš mokslo darbai Faradėjus yra jo tyrinėjimai elektromagnetizmo ir elektrinės indukcijos srityje.

Griežtai kalbant, svarbią fizikos šaką, nagrinėjančią elektromagnetizmo ir indukcinės elektros reiškinius ir kuri šiuo metu turi tokią didelę reikšmę technologijoms, Faradėjus sukūrė iš nieko.

Tuo metu, kai Faradėjus pagaliau atsidavė tyrimams elektros srityje, buvo nustatyta, kad su įprastomis sąlygomis elektrifikuoto kūno buvimo pakanka, kad jo įtaka sužadintų elektrą kiekviename kitame kūne. Tuo pat metu buvo žinoma, kad laidas, kuriuo teka srovė ir kuris kartu yra elektrifikuotas korpusas, neturi jokios įtakos kitiems šalia esantiems laidams.

Kas sukėlė šią išimtį? Tai klausimas, kuris sudomino Faradėjų ir kurio sprendimas jį paskatino pagrindiniai atradimai indukcinės elektros srityje. Kaip įprasta, Faradėjus pradėjo eilę eksperimentų, kurie turėjo išsiaiškinti reikalo esmę.

Faradėjus ant to paties medinio kočėlo suvyniojo du izoliuotus laidus lygiagrečiai vienas kitam. Vieno laido galus jis sujungė su dešimties elementų baterija, o kito – prie jautraus galvanometro. Kai srovė praėjo per pirmąjį laidą,

Faradėjus visą dėmesį nukreipė į galvanometrą, tikėdamasis iš jo svyravimų pastebėti srovės atsiradimą ir antrajame laide. Tačiau nieko panašaus nebuvo: galvanometras išliko ramus. Faradėjus nusprendė padidinti srovę ir į grandinę įvedė 120 galvaninių elementų. Rezultatas toks pat. Faradėjus pakartojo šį eksperimentą dešimtis kartų, visi vienodai sėkmingai.

Bet kuris kitas jo vietoje būtų palikęs eksperimentą, įsitikinęs, kad srovė, einanti per laidą, neturi jokios įtakos gretimam laidui. Tačiau Faradėjus visada stengėsi iš savo eksperimentų ir stebėjimų išgauti viską, ką jie galėjo duoti, todėl, negavęs tiesioginio poveikio laidui, prijungtam prie galvanometro, pradėjo ieškoti šalutinių poveikių.

Jis iš karto pastebėjo, kad galvanometras, išlikęs visiškai ramus per visą srovės tekėjimą, pradėjo svyruoti pačioje grandinės uždarymo ir jos atidarymo metu.Antras laidas taip pat sužadinamas srove, kuri pirmuoju atveju yra priešinga. prie pirmos srovės ir tas pats su juo antruoju atveju ir trunka tik vieną akimirką.

Šias antrines momentines sroves, atsiradusias dėl pirminių įtakos, Faradėjus vadino indukcinėmis ir šis pavadinimas joms išliko iki šiol. Būdamos momentinės, iškart išnykusios po atsiradimo, indukcinės srovės neturėtų praktinės reikšmės, jei Faradėjus nebūtų radęs būdo, pasitelkus išradingą įrenginį (komutatorių), nuolat nutraukti ir vėl vesti iš akumuliatoriaus ateinančią pirminę srovę per pirmasis laidas, dėl kurio antrajame laide nuolat žadinamas vis daugiau indukcinių srovių, todėl tampa pastovus. Taigi buvo rastas naujas šaltinis elektros energija, be anksčiau žinomų (trinties ir cheminių procesų), - indukcija ir naujos rūšiesšios energijos sudaro indukcinė elektra.

Tęsdamas savo eksperimentus, Faradėjus taip pat atrado, kad paprasto laido, susukto į uždarą kreivę su kita kreive, kuria teka galvaninė srovė, aproksimavimo pakanka, kad sužadintų indukcinę srovę priešinga galvaninei srovei neutraliame laide. nuėmus nulinį laidą, jame vėl sužadinama indukcinė srovė. srovė jau yra tos pačios krypties kaip galvaninė srovė, tekanti išilgai fiksuoto laido, ir kad galiausiai šios indukcinės srovės sužadinamos tik artėjant ir pašalinant laidą su galvaninės srovės laidininku, o be šio judėjimo srovės nesužadinamos, kad ir kaip arti laidai būtų vienas nuo kito.

Taigi buvo atrastas naujas reiškinys, panašus į aukščiau aprašytą indukcijos reiškinį galvaninės srovės uždarymo ir nutraukimo metu. Šie atradimai savo ruožtu davė pradžią naujiems. Jei uždarant ir sustabdant galvaninę srovę įmanoma sukurti indukcinę srovę, ar įmagnetinant ir išmagnetinant geležį nebūtų gautas toks pat rezultatas?

Oerstedo ir Ampère'o darbai jau nustatė ryšį tarp magnetizmo ir elektros. Buvo žinoma, kad geležis tampa magnetu, kai aplink ją yra apvyniotas izoliuotas laidas ir per jį teka galvaninė srovė, ir kad magnetines savybesšios geležies nutrūksta, kai tik sustoja srovė.

Remdamasis tuo, Faradėjus sugalvojo tokį eksperimentą: aplink geležinį žiedą buvo apvynioti du izoliuoti laidai; be to, viena viela buvo apvyniota aplink vieną žiedo pusę, o kita – apie kitą. Per vieną laidą buvo praleidžiama galvaninio akumuliatoriaus srovė, o kito galai buvo prijungti prie galvanometro. Taigi, kai srovė užsidarė arba sustojo, o dėl to geležies žiedas buvo įmagnetintas arba išmagnetintas, galvanometro adata greitai svyravo ir greitai sustojo, tai yra, visos tos pačios momentinės indukcinės srovės buvo sužadintos neutralioje laidoje - tai laikas: jau veikiamas magnetizmo.

Taigi čia pirmą kartą magnetizmas buvo paverstas elektra. Gavęs šiuos rezultatus, Faradėjus nusprendė paįvairinti savo eksperimentus. Vietoj geležinio žiedo jis pradėjo naudoti geležinę juostą. Užuot jaudinęs geležies magnetizmą galvanine srove, jis įmagnetino geležį, paliesdamas ją prie nuolatinio plieno magneto. Rezultatas buvo tas pats: viela, apvyniota aplink lygintuvą, visada! srovė buvo sužadinta geležies įmagnetinimo ir išmagnetinimo momentu.

Tada Faradėjus į vielos spiralę įvedė plieninį magnetą – pastarojo priartėjimas ir pašalinimas sukėlė indukcijos sroves laide. Žodžiu, magnetizmas, indukcinių srovių sužadinimo prasme, veikė lygiai taip pat, kaip galvaninė srovė.

Tuo metu fizikai buvo intensyviai užsiėmę vienu paslaptingu reiškiniu, kurį 1824 m. atrado Arago ir, nepaisant to, nerado paaiškinimo; kad šio paaiškinimo intensyviai ieškojo tokie iškilūs to meto mokslininkai kaip pats Arago, Ampère'as, Puasonas, Babajus ir Herschelis.

Reikalas buvo toks. Magnetinė adata, laisvai kabanti, greitai sustoja, jei po ja yra nemagnetinio metalo apskritimas; jei tada apskritimas pradedamas suktis, magnetinė adata pradeda jį sekti.

Ramioje būsenoje tarp apskritimo ir rodyklės nebuvo įmanoma atrasti menkiausios traukos ar atstūmimo, tuo tarpu tas pats judantis ratas už savęs traukė ne tik lengvą strėlę, bet ir sunkų magnetą. Šis išties stebuklingas reiškinys to meto mokslininkams atrodė paslaptinga mįslė, kažkas už gamtos ribų.

Faradėjus, remdamasis aukščiau pateiktais duomenimis, padarė prielaidą, kad nemagnetinio metalo apskritimas, veikiamas magneto, sukimosi metu cirkuliuoja indukcinėmis srovėmis, kurios veikia magnetinę adatą ir traukia ją už magneto.

Iš tiesų, įvedęs apskritimo kraštą tarp didelio pasagos formos magneto polių ir sujungęs apskritimo centrą bei kraštą galvanometru su viela, Faradėjus apskritimo sukimosi metu gavo nuolatinę elektros srovę.

Po to Faradėjus apsisprendė ties kitu reiškiniu, kuris tuomet sukėlė bendrą smalsumą. Kaip žinote, jei ant magneto užbarstomos geležinės drožlės, jos sugrupuojamos pagal tam tikras linijas, vadinamas magnetinėmis kreivėmis. Faradėjus, atkreipdamas dėmesį į šį reiškinį, 1831 m. suteikė pagrindą magnetinėms kreivėms, pavadintoms „magnetinės jėgos linijomis“, kurios vėliau buvo plačiai naudojamos.

Šių „linijų“ tyrimas paskatino Faradėjų padaryti naują atradimą, paaiškėjo, kad indukcinėms srovėms sužadinti šaltinio priartėjimas ir pašalinimas iš magnetinio poliaus nėra būtinas. Norint sužadinti sroves, pakanka žinomu būdu kirsti magnetinės jėgos linijas.

Tolesni Faradėjaus darbai minėta kryptimi įgavo, šiuolaikiniu požiūriu, kažko visiškai stebuklingo pobūdį. 1832 metų pradžioje jis pademonstravo aparatą, kuriame indukcinės srovės buvo sužadinamos be magneto ar galvaninės srovės pagalbos.

Prietaisą sudarė geležinė juostelė, įdėta į vielos ritę. Šis prietaisas įprastomis sąlygomis nedavė nė menkiausio ženklo, kad jame atsirado srovių; bet kai tik jam buvo suteikta kryptis, atitinkanti magnetinės adatos kryptį, laidoje buvo sužadinta srovė.

Tada Faradėjus vienai ritei suteikė magnetinės adatos padėtį ir įvedė į ją geležinę juostelę: srovė vėl buvo sužadinta. Priežastis, sukėlusi srovę šiais atvejais, buvo antžeminis magnetizmas, kuris sukėlė indukcines sroves kaip įprastas magnetas arba galvaninė srovė. Norėdamas tai aiškiau parodyti ir įrodyti, Faradėjus ėmėsi dar vieno eksperimento, kuris visiškai patvirtino jo idėjas.

Jis samprotavo, kad jei nemagnetinio metalo, pavyzdžiui, vario, apskritimas, besisukantis tokioje padėtyje, kurioje jis kerta gretimo magneto magnetinės jėgos linijas, suteikia indukcinę srovę, tai tas pats apskritimas, besisukantis, kai jo nėra. magnetas, bet tokioje padėtyje, kurioje apskritimas kirs antžeminio magnetizmo linijas, taip pat turi duoti indukcinę srovę.

Ir iš tiesų, varinis apskritimas, sukamas horizontalioje plokštumoje, davė indukcinę srovę, dėl kurios galvanometro adatos nukrypimas buvo pastebimas. Faradėjus baigė elektrinės indukcijos srities tyrimus, 1835 m. atradęs „indukcinį srovės poveikį pačiai“.

Jis išsiaiškino, kad uždarius ar atidarius galvaninę srovę, momentinės indukcinės srovės sužadinamos pačiame laide, kuris tarnauja kaip šios srovės laidininkas.

Rusų fizikas Emilis Christoforovičius Lencas (1804-1861) pateikė krypties nustatymo taisyklę. indukcijos srovė. „Indukcijos srovė visada nukreipta taip, kad jos sukuriamas magnetinis laukas trukdytų arba sulėtintų judėjimą, sukeliantį indukciją“, – pažymi A.A. Korobko-Stefanov savo straipsnyje apie elektromagnetinę indukciją. - Pavyzdžiui, kai ritė artėja prie magneto, susidaranti indukcinė srovė turi tokią kryptį, kad jos sukurtas magnetinis laukas bus priešingas magneto magnetiniam laukui. Dėl to tarp ritės ir magneto atsiranda atstumiančios jėgos.

Lenco taisyklė išplaukia iš energijos tvermės ir transformacijos dėsnio. Jei indukcijos srovės pagreitintų jas sukėlusį judėjimą, tada darbas būtų sukurtas iš nieko. Pati ritė po nedidelio stūmimo veržtųsi link magneto, o tuo pačiu indukcinė srovė išleistų joje šilumą. Tiesą sakant, indukcinė srovė susidaro dėl magneto ir ritės suartinimo.

Kodėl yra indukuota srovė? Gilų elektromagnetinės indukcijos reiškinio paaiškinimą pateikė anglų fizikas Jamesas Clerkas Maxwellas - užbaigto projekto kūrėjas. matematinė teorija elektromagnetinis laukas.

Norėdami geriau suprasti reikalo esmę, apsvarstykite labai paprastą eksperimentą. Tegul ritė susideda iš vieno laido posūkio ir yra perverta kintamo magnetinio lauko, statmeno posūkio plokštumai. Ritėje, žinoma, yra indukcinė srovė. Maxwellas šį eksperimentą interpretavo itin drąsiai ir netikėtai.

Kai magnetinis laukas keičiasi erdvėje, pasak Maxwello, atsiranda procesas, kuriam vielos ritės buvimas neturi jokios reikšmės. Svarbiausia čia yra uždarų elektrinio lauko žiedinių linijų, dengiančių kintantį magnetinį lauką, atsiradimas. Veikiant atsirandančiam elektriniam laukui, elektronai pradeda judėti, o ritėje atsiranda elektros srovė. Ritė yra tik prietaisas, leidžiantis aptikti elektrinį lauką.

Elektromagnetinės indukcijos reiškinio esmė ta, kad kintamasis magnetinis laukas visada sukuria elektrinį lauką su uždaromis jėgos linijomis supančioje erdvėje. Toks laukas vadinamas sūkuriu.

Antžeminio magnetizmo sukeliamos indukcijos srities tyrimai suteikė Faradėjaus galimybę jau 1832 m. išreikšti telegrafo idėją, kuri tada buvo šio išradimo pagrindas. Apskritai elektromagnetinės indukcijos atradimas ne be reikalo priskiriamas daugumai išskirtiniai atradimai XIX amžius – šiuo reiškiniu paremtas milijonų elektros variklių ir elektros srovės generatorių darbas visame pasaulyje...

Informacijos šaltinis: Saminas D.K. „Šimtas puikaus mokslo atradimai"., M.: "Veche", 2002 m

Atsakymas:

Kitas svarbus žingsnis elektrodinamikos raidoje po Ampère'o eksperimentų buvo elektromagnetinės indukcijos reiškinio atradimas. Anglų fizikas Michaelas Faradėjus (1791–1867) atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį.

Faradėjus, dar jaunas mokslininkas, kaip ir Oerstedas, manė, kad visos gamtos jėgos yra tarpusavyje susijusios ir, be to, gali transformuotis viena į kitą. Įdomu tai, kad Faradėjus išreiškė šią mintį dar prieš nustatant energijos tvermės ir transformacijos dėsnį. Faradėjus žinojo apie Ampero atradimą, kad jis, vaizdžiai tariant, elektrą pavertė magnetizmu. Apmąstydamas šį atradimą, Faradėjus padarė išvadą, kad jei „elektra sukuria magnetizmą“, tai atvirkščiai, „magnetizmas turi sukurti elektrą“. O dar 1823 metais savo dienoraštyje rašė: „Paversk magnetizmą elektra“. Aštuonerius metus Faradėjus dirbo spręsdamas problemą. Ilgą laiką jį persekiojo nesėkmės, o galiausiai 1831 m. jis tai išsprendė – atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį.

Pirmiausia Faradėjus atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį tuo atveju, kai ritės suvyniotos ant to paties būgno. Jeigu vienoje ritėje atsiranda arba dingsta elektros srovė dėl galvaninio akumuliatoriaus prijungimo prie jos arba nuo jos atjungimo, tai kitoje ritėje tuo momentu atsiranda trumpalaikė srovė. Šią srovę aptinka galvanometras, kuris yra prijungtas prie antrosios ritės.

Tada Faradėjus taip pat nustatė, kad ritėje yra indukcinė srovė, kai artėjama prie ritės arba nutolsta nuo jos, kurioje tekėjo elektros srovė.

galiausiai, trečiasis elektromagnetinės indukcijos atvejis, kurį atrado Faradėjus, buvo tai, kad į ritę įkišus arba išėmus magnetą atsirado srovė.

Faradėjaus atradimas patraukė daugelio fizikų dėmesį, kurie taip pat pradėjo tyrinėti elektromagnetinės indukcijos reiškinio ypatybes. Kitas uždavinys buvo nustatyti bendrą elektromagnetinės indukcijos dėsnį. Reikėjo išsiaiškinti, kaip ir nuo ko priklauso indukcijos srovės stipris laidininke arba nuo ko priklauso indukcijos elektrovaros jėga laidyje, kuriame indukuojama elektros srovė.

Ši užduotis pasirodė sunki. Vėliau Faradėjus ir Maksvelas tai visiškai išsprendė pagal doktriną, kurią jie sukūrė apie elektromagnetinį lauką. Tačiau tai bandė išspręsti ir fizikai, kurie laikėsi tolimųjų nuotolių teorijos, įprastos tuo metu elektros ir magnetinių reiškinių doktrinoje.

Kažką šiems mokslininkams pavyko padaryti. Tuo pat metu jiems padėjo Sankt Peterburgo akademiko Emilio Christianovičiaus Lenzo (1804 - 1865) atrasta taisyklė indukcijos srovės krypčiai rasti. įvairiomis progomis elektromagnetinė indukcija. Lencas tai suformulavo taip: „Jei metalinis laidininkas juda šalia galvaninės srovės ar magneto, galvaninė srovė jame sužadinama tokia kryptimi, kad jei šis laidininkas būtų nejudantis, tai srovė galėtų priversti jį judėti priešinga kryptimi. kryptis; daroma prielaida, kad ramybės būsenoje laidininkas gali judėti tik judėjimo kryptimi arba priešinga kryptimi.

Ši taisyklė labai patogi nustatant indukcinės srovės kryptį. Ją naudojame ir dabar, tik dabar ji suformuluota kiek kitaip, palaidojus elektromagnetinės indukcijos sąvoką, kurios Lencas nevartojo.

Tačiau istoriškai pagrindinė Lenco taisyklės reikšmė buvo ta, kad ji paskatino idėją, kaip rasti elektromagnetinės indukcijos dėsnį. Faktas yra tas, kad atomo taisyklėje yra ryšys tarp elektromagnetinės indukcijos ir srovių sąveikos reiškinio. Srovių sąveikos klausimą jau išsprendė Ampère'as. Todėl šio ryšio sukūrimas iš pradžių leido nustatyti laidininko indukcijos elektrovaros jėgos išraišką daugeliu ypatingų atvejų.

AT bendras vaizdas elektromagnetinės indukcijos dėsnį, kaip apie jį sakėme, nustatė Faradėjus ir Maksvelas.

Elektromagnetinė indukcija – elektros srovės atsiradimo uždaroje grandinėje reiškinys, kai keičiasi per ją einantis magnetinis srautas.

Elektromagnetinę indukciją 1831 m. rugpjūčio 29 d. atrado Michaelas Faradėjus. Jis nustatė, kad elektrovaros jėga, atsirandanti uždaroje laidžioje grandinėje, yra proporcinga magnetinio srauto per paviršių, kurį riboja ši grandinė, kitimo greičiui. Elektrovaros jėgos (EMF) dydis nepriklauso nuo to, kas sukelia srauto pokytį – paties magnetinio lauko pasikeitimą ar grandinės (ar jo dalies) judėjimą magnetiniame lauke. Šio EML sukeliama elektros srovė vadinama indukcine srove.

Saviindukcija - indukcijos EML atsiradimas uždaroje laidžioje grandinėje, kai keičiasi grandinėje tekanti srovė.

Kai srovė grandinėje kinta proporcingai, ir magnetinis srautas per paviršių, kurį riboja šis kontūras. Šio magnetinio srauto pokytis dėl elektromagnetinės indukcijos dėsnio sukelia indukcinio EML sužadinimą šioje grandinėje.

Šis reiškinys vadinamas saviindukcija. (Sąvoka siejama su abipusės indukcijos sąvoka, buvimu tarsi jos ypatingas atvejis).

Kryptis EML saviindukcija visada pasirodo taip, kad padidėjus srovei grandinėje savaiminės indukcijos EMF užkerta kelią šiam padidėjimui (nukreiptas prieš srovę), o srovei mažėjant – mažėja (kartu nukreiptas su srove). Šia savybe saviindukcijos EMF yra panaši į inercijos jėgą.

Pirmąją relę 1824 m. sukūrė anglas Sturgeonas, išradęs elektromagnetą - įrenginį, kuris paverčia ant geležinės šerdies suvyniotos vielos ritės įvesties elektros srovę į magnetinį lauką, sukuriamą šios šerdies viduje ir išorėje. Magnetinis laukas buvo fiksuotas (aptiktas) pagal jo poveikį feromagnetinei medžiagai, esančiai šalia šerdies. Ši medžiaga buvo pritraukta prie elektromagneto šerdies.

Vėliau elektros srovės energijos pavertimas mechanine energija prasmingo išorinės feromagnetinės medžiagos (armatūros) judėjimo metu sudarė įvairių elektromechaninių telekomunikacijų prietaisų (telegrafijos ir telefonijos), elektrotechnikos ir elektros energetikos pagrindą. Vienas pirmųjų tokių prietaisų buvo elektromagnetinė relė, kurią 1831 metais išrado amerikietis J. Henry.

Iki šiol mes svarstėme elektrinius ir magnetinius laukus, kurie laikui bėgant nesikeičia. Nustatyta, kad susidaro elektrinis laukas elektros krūviai, o magnetinis laukas – judantys krūviai, t.y. elektros srovė. Pereikime prie pažinties su elektriniais ir magnetiniais laukais, kurie laikui bėgant kinta.

Dauguma svarbus faktas, kuris buvo atrastas, yra artimiausias ryšys tarp elektrinio ir magnetinio lauko. Laike kintantis magnetinis laukas sukuria elektrinį lauką, o kintantis elektrinis laukas – magnetinį lauką. Be šio ryšio tarp laukų elektromagnetinių jėgų pasireiškimų įvairovė nebūtų tokia plati, kokia yra iš tikrųjų. Nebūtų nei radijo bangų, nei šviesos.

Neatsitiktinai pirmasis lemiamas žingsnis atradęs naujas elektromagnetinės sąveikos savybes, idėjų apie elektromagnetinį lauką įkūrėjas buvo Faradėjus. Faradėjus buvo įsitikinęs, kad elektriniai ir magnetiniai reiškiniai yra vieningi. Dėl to jis padarė atradimą, kuris vėliau buvo visų pasaulio elektrinių generatorių projektavimo pagrindas, mechaninę energiją paverčiantis elektros srovės energija. (Kiti šaltiniai: galvaniniai elementai, baterijos ir kt. – suteikia nedidelę generuojamos energijos dalį.)

Elektros srovė, pasak Faradėjaus, gali įmagnetinti geležies gabalą. Ar magnetas savo ruožtu gali sukelti elektros srovę?

Ilgą laiką šio ryšio nepavyko rasti. Sunku buvo galvoti apie pagrindinį dalyką, būtent: tik judantis magnetas arba laikui bėgant besikeičiantis magnetinis laukas gali sužadinti elektros srovę ritėje.

Kokios avarijos galėtų užkirsti kelią atradimui, rodo toks faktas. Beveik tuo pat metu su Faraday šveicarų fizikas Colladon bandė gauti elektros srovę į ritę, naudodamas magnetą. Dirbdamas naudojo galvanometrą, kurio šviesos magnetinė adata buvo įdėta į prietaiso ritę. Kad magnetas tiesiogiai nepaveiktų adatos, ritės galai, į kuriuos Colladon įstūmė magnetą, tikėdamasis į jį patekti srovės, buvo išvesti į gretimas kambarys ir yra prijungti prie galvanometro. Įkišęs magnetą į ritę, Koladonas nuėjo į kitą kambarį ir su apmaudu,

įsitikinkite, kad galvanometras nerodo srovės. Jei tik jis būtų visą laiką stebėjęs galvanometrą ir paprašęs ko nors dirbti su magnetu, būtų padarytas nuostabus atradimas. Bet taip neatsitiko. Magnetas ramybės būsenoje ritės atžvilgiu nesukelia srovės joje.

Elektromagnetinės indukcijos reiškinys – tai elektros srovės atsiradimas laidžioje grandinėje, kuri arba stovi magnetiniame lauke, kuris keičiasi laikui bėgant, arba juda pastoviame magnetiniame lauke taip, kad magnetinės indukcijos linijų skaičius prasiskverbia į grandinės pokyčiai. Jis buvo aptiktas 1831 m. rugpjūčio 29 d. Tai retas atvejis, kai taip tiksliai žinoma naujo nuostabaus atradimo data. Štai paties Faradėjaus pirmojo eksperimento aprašymas:

„Sužalota ant plačios medinės ritės Varinė viela 203 pėdų ilgio, o tarp jo posūkių suvyniota tokio pat ilgio viela, bet izoliuota nuo pirmojo medvilninio siūlelio. Viena iš šių spiralių buvo prijungta prie galvanometro, o kita - prie stiprios baterijos, susidedančios iš 100 porų plokščių... Uždarius grandinę buvo galima pastebėti staigų, bet itin silpną galvanometro veikimą, o tas pats buvo pastebėtas, kai sustojo srovė. Nepertraukiamai tekant srovei per vieną iš ritių, nebuvo įmanoma pastebėti jokio poveikio galvanometrui ar apskritai jokio indukcinio poveikio kitai ritei, nepaisant to, kad kaitinama visa prie akumuliatoriaus prijungta ritė, ir kibirkšties ryškumas, šokinėjantis tarp anglių, liudijo akumuliatoriaus energiją “(Faraday M. Eksperimentiniai tyrimai apie elektrą“, 1 serija).

Taigi iš pradžių indukcija buvo aptikta laidininkuose, kurie buvo nejudantys vienas kito atžvilgiu uždarant ir atidarant grandinę. Tada aiškiai suprasdamas, kad priartėjimas prie srovės laidų ar jų pašalinimas turėtų duoti tokį patį rezultatą kaip ir grandinės uždarymas ir atidarymas, Faradėjus eksperimentais įrodė, kad srovė atsiranda, kai ritės juda viena kitai.

giminaitis draugui. Susipažinęs su Ampère'o darbais, Faradėjus suprato, kad magnetas yra mažų srovių, cirkuliuojančių molekulėse, rinkinys. Spalio 17 d., kaip užfiksuota jo laboratorijos žurnale, įstumiant (arba ištraukiant) magnetą ritėje buvo aptikta indukcinė srovė. Per vieną mėnesį Faradėjus eksperimentiniu būdu atrado visas esmines elektromagnetinės indukcijos reiškinio ypatybes.

Šiuo metu Faradėjaus eksperimentus gali pakartoti visi. Tam reikia turėti dvi rites, magnetą, elementų bateriją ir pakankamai jautrų galvanometrą.

238 paveiksle pavaizduotame instaliacijoje indukcinė srovė atsiranda vienoje iš ritių, kai uždaroma arba atidaroma kitos ritės, kuri yra stacionari, elektros grandinė. Įrenginyje 239 paveiksle reostatas keičia srovę vienoje iš ritinių. 240 paveiksle a indukcijos srovė atsiranda ritėms judant viena kitos atžvilgiu, o 240 paveiksle b - judant. nuolatinis magnetas dėl ritės.

Pats Faradėjus jau suprato bendrą dalyką, lemiantį indukcinės srovės atsiradimą eksperimentuose, kurie išoriškai atrodo kitaip.

Uždaroje laidžioje grandinėje srovė atsiranda, kai pasikeičia magnetinės indukcijos linijų, prasiskverbiančių į šios grandinės ribojamą sritį, skaičius. Ir kuo greičiau keičiasi magnetinės indukcijos linijų skaičius, tuo didesnė gaunama indukcijos srovė. Šiuo atveju magnetinės indukcijos linijų skaičiaus pasikeitimo priežastis yra visiškai abejinga. Tai gali būti magnetinės indukcijos linijų, prasiskverbiančių į fiksuotos laidžiosios grandinės plotą, skaičiaus pokytis dėl srovės stiprio pasikeitimo gretimoje ritėje (238 pav.) ir indukcijos linijų dėl grandinės judėjimo nevienalyčiame magnetiniame lauke, kurio linijų tankis kinta erdvėje (241 pav.).

Magnetinės indukcijos vektorius \(~\vec B\) apibūdina magnetinį lauką kiekviename erdvės taške. Įveskime dar vieną dydį, kuris priklauso nuo magnetinės indukcijos vektoriaus vertės ne viename taške, o visuose savavališkai pasirinkto paviršiaus taškuose. Šis dydis vadinamas magnetinės indukcijos vektoriaus srautu arba magnetinis srautas.

Išskirkime magnetiniame lauke tokį mažą paviršiaus elementą, kurio plotas Δ S kad magnetinė indukcija visuose jos taškuose būtų laikoma vienoda. Tegu \(~\vec n\) yra kampą sudarančio elemento normalioji α su magnetinės indukcijos vektoriaus kryptimi (1 pav.).

Magnetinės indukcijos vektoriaus srautas per paviršiaus plotą Δ S vadinti reikšmę, lygią magnetinės indukcijos vektoriaus modulio \(~\vec B\) ir ploto Δ sandaugai S o kampo kosinusas α tarp vektorių \(~\vec B\) ir \(~\vec n\) (normalus paviršiui):

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

Darbas B cos α = AT n yra magnetinės indukcijos vektoriaus projekcija į elemento normalę. Taigi

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

Priklausomai nuo kampo vertės, srautas gali būti teigiamas arba neigiamas α .

Jei magnetinis laukas yra vienodas, srautas per plokščią paviršių su plotu S lygu:

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

Magnetinės indukcijos srautas gali būti aiškiai interpretuojamas kaip dydis, proporcingas vektoriaus \(~\vec B\) eilučių, prasiskverbiančių į tam tikrą paviršiaus plotą, skaičiui.

Paprastai tariant, paviršius gali būti uždarytas. Šiuo atveju į paviršiaus vidų patenkančių indukcinių linijų skaičius lygus iš jo išeinančių linijų skaičiui (2 pav.). Jei paviršius uždaras, išorinė normalioji laikoma teigiama paviršiaus normalia.

Magnetinės indukcijos linijos yra uždaros, o tai reiškia, kad magnetinės indukcijos srautas per uždarą paviršių yra lygus nuliui. (Liesijos, išeinančios iš paviršiaus, suteikia teigiamą srautą, o linijos, įeinančios į neigiamą.) Ši pagrindinė magnetinio lauko savybė atsiranda dėl to, kad nėra magnetinių krūvių. Jei nebūtų elektros krūvių, tada elektros srautas per uždarą paviršių būtų lygus nuliui.

Elektromagnetinė indukcija

Elektromagnetinės indukcijos atradimas

1821 metais Michaelas Faradėjus savo dienoraštyje rašė: „Paversk magnetizmą elektra“. Po 10 metų šią problemą jis išsprendė.

M. Faradėjus buvo įsitikinęs vieninga elektrinių ir magnetinių reiškinių prigimtimi, tačiau ilgas laikas ryšio tarp šių reiškinių nepavyko rasti. Sunku buvo galvoti apie pagrindinį dalyką: tik laikui bėgant kintantis magnetinis laukas gali sužadinti elektros srovę fiksuotoje ritėje arba pati ritė turi judėti magnetiniame lauke.

Elektromagnetinės indukcijos, kaip Faradėjus pavadino šį reiškinį, atradimas buvo atliktas 1831 metų rugpjūčio 29 dieną. Trumpas aprašymas pirmoji patirtis, kurią suteikė pats Faradėjus. „Ant plačios medinės ritės buvo suvyniota 203 pėdų ilgio varinė viela (pėdėlė lygi 304,8 mm), o tarp jos posūkių buvo suvyniota tokio pat ilgio viela, tačiau izoliuota nuo pirmojo medvilninio siūlo. Viena iš šių spiralių buvo sujungta su galvanometru, o kita su stipria baterija, susidedančia iš 100 porų plokščių... Uždarius grandinę buvo galima pastebėti staigų, bet itin silpną galvanometro poveikį, tą patį pastebėjo ir sustojus srovei. Nepertraukiamai tekant srovei per vieną iš ritių, nebuvo įmanoma pastebėti jokio poveikio galvanometrui ar apskritai jokio indukcinio poveikio kitai ritei, nepaisant to, kad kaitinama visa prie akumuliatoriaus prijungta ritė, ir tarp anglių šokinėjančios kibirkšties ryškumas liudijo apie akumuliatoriaus energiją.

Taigi iš pradžių indukcija buvo aptikta laidininkuose, kurie buvo nejudantys vienas kito atžvilgiu uždarant ir atidarant grandinę. Tada aiškiai suprasdamas, kad priartėjimas prie laidininkų su srove arba jų pašalinimas turėtų duoti tokį patį rezultatą, kaip uždarant ir atidarius grandinę, Faradėjus eksperimentais įrodė, kad srovė atsiranda ritėms judant viena kitos atžvilgiu (3 pav.).

Susipažinęs su Ampère'o darbais, Faradėjus suprato, kad magnetas yra mažų srovių, cirkuliuojančių molekulėse, rinkinys. Spalio 17 d., kaip užfiksuota jo laboratorijos žurnale, stumiant (arba ištraukiant) magnetą ritėje buvo aptikta indukcinė srovė (4 pav.).

Per vieną mėnesį Faradėjus eksperimentiniu būdu atrado visas esmines elektromagnetinės indukcijos reiškinio ypatybes. Liko tik suteikti įstatymui griežtą kiekybinę formą ir visiškai atskleisti fizinę reiškinio prigimtį. Pats Faradėjus jau suprato bendrą dalyką, lemiantį indukcinės srovės atsiradimą eksperimentuose, kurie išoriškai atrodo kitaip.

Uždaroje laidžioje grandinėje srovė atsiranda, kai keičiasi magnetinės indukcijos linijų, prasiskverbiančių į šios grandinės ribojamą paviršių, skaičius. Šis reiškinys vadinamas elektromagnetine indukcija.

Ir kuo greičiau keičiasi magnetinės indukcijos linijų skaičius, tuo didesnė gaunama srovė. Šiuo atveju magnetinės indukcijos linijų skaičiaus pasikeitimo priežastis yra visiškai abejinga. Tai gali būti magnetinės indukcijos linijų, prasiskverbiančių į fiksuotą laidininką, skaičiaus pokytis dėl srovės stiprio pasikeitimo gretimoje ritėje ir linijų skaičiaus pasikeitimas dėl grandinės judėjimo nevienalyčiame magnetiniame lauke. , kurio linijų tankis kinta erdvėje (5 pav.).

Lenzo taisyklė

Indukcinė srovė, atsiradusi laidininke, iš karto pradeda sąveikauti su ją sukūrusia srove arba magnetu. Jei magnetas (arba ritė su srove) priartinamas prie uždaro laidininko, atsirandanti indukcijos srovė su savo magnetiniu lauku būtinai atstumia magnetą (ritę). Reikia dirbti, kad magnetas ir ritė būtų arčiau vienas kito. Nuėmus magnetą atsiranda trauka. Šios taisyklės griežtai laikomasi. Įsivaizduokite, jei viskas būtų kitaip: pastumtumėte magnetą link ritės, ir jis pats į ją įsiveržtų. Tai pažeistų energijos tvermės dėsnį. Juk padidėtų magneto mechaninė energija ir tuo pačiu atsirastų srovė, kuri savaime reikalauja energijos sąnaudų, nes srovė taip pat gali dirbti. Generatoriaus armatūroje indukuota elektros srovė, sąveikaudama su statoriaus magnetiniu lauku, lėtina armatūros sukimąsi. Tik todėl, norint pasukti armatūrą, reikia atlikti darbą, kuo didesnis, tuo didesnis srovės stiprumas. Dėl šio darbo atsiranda indukcinė srovė. Įdomu pastebėti, kad jei mūsų planetos magnetinis laukas būtų labai didelis ir labai nehomogeniškas, tai greiti laidžių kūnų judėjimai jos paviršiuje ir atmosferoje būtų neįmanomi dėl intensyvios kūne indukuojamos srovės sąveikos su šiuo. lauke. Kūnai judėtų kaip tankioje klampioje terpėje ir tuo pačiu būtų stipriai įkaitinti. Nei lėktuvai, nei raketos negalėjo skristi. Žmogus negalėjo greitai pajudinti nei rankų, nei kojų, nes Žmogaus kūnas- geras dirigentas.

Jei ritė, kurioje indukuojama srovė, yra nejudanti gretimos ritės atžvilgiu su kintamoji srovė, kaip, pavyzdžiui, transformatoriuje, tai šiuo atveju indukcijos srovės kryptį diktuoja energijos tvermės dėsnis. Ši srovė visada nukreipta taip, kad jos sukuriamas magnetinis laukas sumažintų srovės pokyčius pirminėje.

Ritės magneto atstūmimas arba pritraukimas priklauso nuo joje esančios indukcijos srovės krypties. Todėl energijos tvermės dėsnis leidžia suformuluoti taisyklę, kuri nustato indukcijos srovės kryptį. Kuo skiriasi du eksperimentai: magneto priartėjimas prie ritės ir jo pašalinimas? Pirmuoju atveju magnetinis srautas (arba magnetinės indukcijos linijų, prasiskverbiančių į ritės vijas), didėja (6 pav., a), o antruoju – mažėja (6 pav., b). Be to, pirmuoju atveju indukcijos linijos AT magnetinio lauko, kurį sukuria ritėje atsiradusi indukcijos srovė, išeina iš viršutinio ritės galo, nes ritė atstumia magnetą, o antruoju atveju, atvirkščiai, patenka į šį galą. Šios magnetinės indukcijos linijos 6 paveiksle parodytos brūkšniu.

Ryžiai. 6

Dabar priėjome prie pagrindinio dalyko: padidėjus magnetiniam srautui per ritės posūkius, indukcijos srovė turi tokią kryptį, kad jos sukuriamas magnetinis laukas neleidžia augti magnetiniam srautui per ritės posūkius. Juk šio lauko indukcijos vektorius \(~\vec B"\) nukreiptas prieš lauko indukcijos vektorių \(~\vec B\), kuriam pasikeitus susidaro elektros srovė. Jei magnetinis srautas per ritė susilpnėja, tada indukcijos srovė sukuria magnetinį lauką su indukcija \(~\vec B"\) , kuris padidina magnetinį srautą per ritės posūkius.

Tai yra esmė Pagrindinė taisyklė nustatant indukcinės srovės kryptį, kuri taikoma visais atvejais. Šią taisyklę nustatė rusų fizikas E. X. Lencas (1804-1865).

Pagal Lenzo taisyklė

uždaroje grandinėje atsirandanti indukcijos srovė turi tokią kryptį, kad jos sukuriamas magnetinis srautas per grandinės ribojamą paviršių yra linkęs neleisti keisti srauto, kuris generuoja šią srovę.

indukcinė srovė turi tokią kryptį, kad užkerta kelią ją sukeliančiai priežasčiai.

Superlaidininkų atveju išorinio magnetinio srauto pokyčių kompensacija bus baigta. Magnetinės indukcijos srautas per paviršių, apribotą superlaidžios grandinės, laikui bėgant visiškai nekinta jokiomis sąlygomis.

Elektromagnetinės indukcijos dėsnis

Faradėjaus eksperimentai parodė, kad indukuotos srovės stiprumas aš i laidžioje grandinėje yra proporcingas magnetinės indukcijos linijų \(~\vec B\), prasiskverbiančių į šios grandinės ribojamą paviršių, skaičiaus kitimo greičiui. Tiksliau, šį teiginį galima suformuluoti naudojant magnetinio srauto sąvoką.

Magnetinis srautas yra aiškiai interpretuojamas kaip magnetinės indukcijos linijų, prasiskverbiančių į paviršių, kurio plotas, skaičius. S. Todėl šio skaičiaus kitimo greitis yra ne kas kita, kaip magnetinio srauto kitimo greitis. Jei per trumpą laiką Δ t magnetinis srautas pasikeičia į Δ F, tada magnetinio srauto kitimo greitis yra \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Todėl teiginį, kuris tiesiogiai išplaukia iš patirties, galima suformuluoti taip:

indukcijos srovės stipris yra proporcingas magnetinio srauto pokyčio greičiui per paviršių, ribojamą kontūro:

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

Yra žinoma, kad elektros srovė grandinėje atsiranda, kai išorinės jėgos veikia laisvuosius krūvius. Šių jėgų darbas, judant vieną teigiamą krūvį uždaroje grandinėje, vadinamas elektrovaros jėga. Vadinasi, magnetiniam srautui kintant per kontūro ribojamą paviršių, jame atsiranda išorinės jėgos, kurių veikimui būdingas EML, vadinamas indukcijos EML. Pažymėkime tai raide E aš .

Elektromagnetinės indukcijos dėsnis yra suformuluotas specialiai EML, o ne srovės stiprumui. Šia formuluote dėsnis išreiškia reiškinio esmę, kuri nepriklauso nuo laidininkų, kuriuose atsiranda indukcijos srovė, savybių.

Pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnis (EMR)

Indukcinis emf uždaroje kilpoje absoliučia verte yra lygus magnetinio srauto per kontūro ribojamą paviršių kitimo greičiui:

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

Kaip pagal Lenco taisyklę atsižvelgti į indukcijos srovės kryptį (arba indukcijos EML ženklą) elektromagnetinės indukcijos įstatyme?

7 paveiksle parodyta uždara kilpa. Kontūro aplenkimo prieš laikrodžio rodyklę kryptį laikysime teigiama. Normalus kontūrui \(~\vec n\) sudaro dešinįjį varžtą su apėjimo kryptimi. EML ženklas, ty specifinis darbas, priklauso nuo išorinių jėgų krypties grandinės apėjimo krypties atžvilgiu. Jei šios kryptys sutampa, tada E i > 0 ir atitinkamai aš i > 0. Priešingu atveju EML ir srovės stipris yra neigiami.

Tegul išorinio magnetinio lauko magnetinė indukcija \(~\vec B\) yra nukreipta išilgai normalios kontūro ir laikui bėgant didėja. Tada F> 0 ir \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) > 0. Pagal Lenco taisyklę indukcijos srovė sukuria magnetinį srautą F’ < 0. Линии индукции B Indukcinės srovės magnetinio lauko vertės yra pavaizduotos 7 paveiksle su brūkšniu. Todėl indukcinė srovė aš i yra nukreiptas pagal laikrodžio rodyklę (prieš teigiamą apėjimo kryptį), o indukcijos emf yra neigiamas. Todėl elektromagnetinės indukcijos įstatyme turi būti minuso ženklas:

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

AT tarptautinė sistema vienetų, magnetinio srauto vienetui nustatyti naudojamas elektromagnetinės indukcijos dėsnis. Šis vienetas vadinamas Weber (Wb).

Kadangi indukcijos EML E i išreiškiamas voltais, o laikas yra sekundėmis, tada pagal Weberio EMP dėsnį galima nustatyti taip:

magnetinis srautas per paviršių, kurį riboja uždara kilpa, yra lygus 1 Wb, jei, tolygiai sumažėjus šiam srautui iki nulio per 1 s, kilpoje atsiranda indukcinis emf, lygus 1 V:

1 Wb \u003d 1 V ∙ 1 s.

Sūkurio laukas

Laikui bėgant magnetinis laukas sukuria elektrinį lauką. J. Maxwellas pirmasis padarė tokią išvadą.

Dabar elektromagnetinės indukcijos reiškinys pasirodo prieš mus naujoje šviesoje. Pagrindinis dalykas jame yra elektrinio lauko generavimo magnetiniu lauku procesas. Šiuo atveju laidžios grandinės, pavyzdžiui, ritės, buvimas nekeičia reikalo esmės. Laidininkas, turintis laisvųjų elektronų (ar kitų dalelių), tik padeda aptikti atsirandantį elektrinį lauką. Laukas pajudina elektronus laidininke ir taip atsiskleidžia. Elektromagnetinės indukcijos reiškinio fiksuotame laidininke esmė yra ne tiek indukcijos srovės atsiradimas, kiek elektrinio lauko, kuris pajudina elektros krūvius, atsiradimas.

Elektrinis laukas, atsirandantis pasikeitus magnetiniam laukui, turi visiškai kitokią struktūrą nei elektrostatinis. Jis nėra tiesiogiai susijęs su elektros krūviais, jo įtempimo linijos negali prasidėti ir baigtis ant jų. Paprastai jos niekur neprasideda ir nesibaigia, o yra uždaros linijos, panašios į magnetinio lauko indukcijos linijas. Šis vadinamasis sūkurinis elektrinis laukas. Gali kilti klausimas: kodėl iš tikrųjų šis laukas vadinamas elektriniu? Juk jis kitokios kilmės ir kitokios konfigūracijos nei statinis elektrinis laukas. Atsakymas paprastas: sūkurio laukas veikia krūvį q taip pat, kaip ir elektrostatinį, ir tai laikėme ir tebelaikome pagrindine lauko savybe. Krūvį veikianti jėga vis dar yra \(~\vec F = q \vec E\) , kur \(~\vec E\) yra sūkurio lauko intensyvumas. Jei magnetinį srautą sukuria vienodas magnetinis laukas, sutelktas ilgame siaurame cilindriniame vamzdyje, kurio spindulys r 0 (8 pav.), iš simetrijos svarstymų akivaizdu, kad elektrinio lauko stiprio linijos yra tiesėms \(~\vec B\) statmenose plokštumose ir yra apskritimai. Pagal Lenco taisyklę, didėjant magnetinei indukcijai \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \right)\), susidaro lauko linijos \(~\vec E\). kairysis varžtas su magnetinės indukcijos kryptimi \(~\vec B\) .

Skirtingai nuo statinio ar stacionaraus elektrinio lauko, sūkurio lauko darbas uždarame kelyje nėra lygus nuliui. Iš tiesų, kai krūvis juda kartu uždara linija elektrinio lauko stiprumas, darbas visose tako atkarpose turi tą patį ženklą, nes jėga ir poslinkis sutampa kryptimi. Sūkurinis elektrinis laukas, kaip ir magnetinis laukas, nėra potencialus.

Sūkurinio elektrinio lauko darbas, judant vieną teigiamą krūvį palei uždarą fiksuotą laidininką, yra skaitine prasme lygus indukciniam EMF šiame laidininke.

Taigi, kintamasis magnetinis laukas sukuria sūkurinį elektrinį lauką. Bet ar nemanote, kad čia vieno teiginio neužtenka? Norėčiau sužinoti, koks yra šio proceso mechanizmas. Ar įmanoma paaiškinti, kaip šis laukų ryšys realizuojamas gamtoje? Ir čia jūsų natūralus smalsumas negali būti patenkintas. Čia tiesiog nėra mechanizmo. Elektromagnetinės indukcijos dėsnis yra pagrindinis gamtos dėsnis, o tai reiškia, kad jis yra pagrindinis, pirminis. Daugelį reiškinių galima paaiškinti jo veikimu, tačiau jis pats lieka nepaaiškinamas vien dėl to, kad nėra gilesnių dėsnių, iš kurių jis kiltų kaip pasekmė. Bet kuriuo atveju tokie įstatymai šiuo metu nežinomi. Tai visi pagrindiniai dėsniai: gravitacijos dėsnis, Kulono dėsnis ir kt.

Žinoma, bet kokius klausimus galime kelti prieš gamtą, tačiau ne visi jie turi prasmę. Taigi, pavyzdžiui, galima ir būtina tirti įvairių reiškinių priežastis, bet beprasmiška bandyti išsiaiškinti, kodėl iš viso egzistuoja priežastinis ryšys. Tokia yra dalykų prigimtis, toks yra pasaulis, kuriame gyvename.

Literatūra

Zhilko V.V. Fizika: Proc. priedą už 10 klasę. bendrojo išsilavinimo mokykla iš rusų kalbos lang. mokymas / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovičius. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 p.
Myakishev, G.Ya. Fizika: elektrodinamika. 10-11 ląstelių. : studijos. už nuodugnų fizikos studiją / G.Ya. Myakiševas, A.3. Sinyakovas, V.A. Slobodskovas. – M.: Bustard, 2005. – 476 p.