Prawo indukcji elektromagnetycznej. Kto odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej?

Zjawisko Indukcja elektromagnetyczna została odkryta przez Mile Faraday w 1831 roku. Jeszcze 10 lat wcześniej Faraday zastanawiał się nad przekształceniem magnetyzmu w elektryczność. Uważał, że pole magnetyczne i pole elektryczne musi być jakoś połączony.

Odkrycie indukcji elektromagnetycznej

Na przykład, używając pole elektryczne Możesz namagnesować żelazny przedmiot. Prawdopodobnie przy pomocy magnesu powinno dać się dostać Elektryczność.

Najpierw Faraday odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej w przewodnikach, które są względem siebie nieruchome. Gdy w jednej z nich pojawił się prąd, indukował się również w drugiej cewce. Co więcej, w przyszłości zniknął, a pojawił się ponownie dopiero po wyłączeniu zasilania jednej cewki.

Po pewnym czasie Faraday udowodnił w eksperymentach, że gdy cewka bez prądu porusza się w obwodzie względem drugiego, na końcach którego przyłożone jest napięcie, w pierwszej cewce pojawi się również prąd elektryczny.

Kolejnym eksperymentem było wprowadzenie do cewki magnesu, a jednocześnie pojawił się w niej również prąd. Eksperymenty te przedstawiono na poniższych rysunkach.

Faraday sformułował główny powód pojawienia się prądu w obwodzie zamkniętym. W zamkniętym obwodzie przewodzącym prąd powstaje, gdy zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej, które przenikają ten obwód.

Im większa ta zmiana, tym silniejszy będzie prąd indukcyjny. Nie ma znaczenia, w jaki sposób osiągniemy zmianę liczby linii indukcji magnetycznej. Na przykład można to zrobić, przesuwając kontur w niejednorodnym polu magnetycznym, jak to miało miejsce w eksperymencie z magnesem lub ruchem cewki. I możemy na przykład zmienić natężenie prądu w cewce sąsiadującej z obwodem, podczas gdy zmieni się pole magnetyczne wytworzone przez tę cewkę.

Brzmienie prawa

Podsumujmy krótko. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej to zjawisko występowania prądu w obwodzie zamkniętym, ze zmianą pola magnetycznego, w którym ten obwód się znajduje.

Dla dokładniejszego sformułowania prawa indukcji elektromagnetycznej konieczne jest wprowadzenie wartości charakteryzującej pole magnetyczne - strumienia wektora indukcji magnetycznej.

strumień magnetyczny

Wektor indukcji magnetycznej jest oznaczony literą B. Będzie on charakteryzował pole magnetyczne w dowolnym punkcie przestrzeni. Rozważmy teraz zamknięty kontur ograniczający powierzchnię z obszarem S. Umieśćmy go w jednorodnym polu magnetycznym.

Pomiędzy wektorem normalnym a wektorem indukcji magnetycznej będzie istniał pewien kąt a. Strumień magnetyczny Ф przez powierzchnię o polu S nazywa się wielkość fizyczna, równy iloczynowi modułu wektora indukcji magnetycznej i pola powierzchni oraz cosinusa kąta między wektorem indukcji magnetycznej a normalną do konturu.

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

Iloczyn B*cos(a) jest rzutem wektora B na normalne n. Dlatego postać strumienia magnetycznego można przepisać w następujący sposób:

Jednostką strumienia magnetycznego jest weber. Oznaczono 1 Wb. Powstaje strumień magnetyczny 1Wb pole magnetyczne z indukcją 1 T przez powierzchnię 1 m^ 2, która jest ułożona prostopadle do wektora indukcji magnetycznej.

Po odkryciach Oersteda i Ampère'a stało się jasne, że elektryczność ma siłę magnetyczną. Teraz trzeba było potwierdzić wpływ zjawiska magnetyczne na elektryczny. Ten problem znakomicie rozwiązał Faraday.

Michael Faraday (1791-1867) urodził się w Londynie, jednej z najbiedniejszych jego części. Jego ojciec był kowalem, a matka córką dzierżawcy rolnika. Kiedy Faraday osiągnął wiek szkolny, został wysłany do szkoły podstawowej. Kurs Faradaya był tutaj bardzo wąski i ograniczał się jedynie do nauki czytania, pisania i początku liczenia.

Kilka kroków od domu, w którym mieszkała rodzina Faradayów, znajdowała się księgarnia, będąca jednocześnie zakładem introligatorskim. Tu dotarł Faraday po ukończeniu kursu Szkoła Podstawowa gdy pojawiło się pytanie o wybór dla niego zawodu. Michael w tym czasie miał zaledwie 13 lat. Już w młodości, gdy Faraday dopiero rozpoczynał samokształcenie, starał się opierać wyłącznie na faktach i weryfikować relacje innych z własnymi doświadczeniami.

Te aspiracje zdominowały go przez całe życie jako główne cechy jego działalność naukowa Fizyczne i Eksperymenty chemiczne Faraday zaczął to robić jako chłopiec przy pierwszej znajomości fizyki i chemii. Kiedyś Michael uczestniczył w jednym z wykładów Humphreya Davy'ego, wielkiego angielskiego fizyka.

Faraday zrobił szczegółową notatkę z wykładu, oprawił go i wysłał Davy'emu. Był pod takim wrażeniem, że zaproponował Faradayowi pracę z nim jako sekretarz. Wkrótce Davy udał się w podróż do Europy i zabrał ze sobą Faradaya. Przez dwa lata odwiedzali największe europejskie uczelnie.

Po powrocie do Londynu w 1815 Faraday rozpoczął pracę jako asystent w jednym z laboratoriów Royal Institution w Londynie. W tym czasie było to jedno z najlepszych laboratoriów fizycznych na świecie.W latach 1816-1818 Faraday opublikował szereg drobnych notatek i pamiętników z dziedziny chemii. Pierwsza praca Faradaya na temat fizyki pochodzi z 1818 roku.

Opierając się na doświadczeniach poprzedników i łącząc kilka własne doświadczenia, do września 1821 r. Michael wydrukował „Historię sukcesu elektromagnetyzmu”. Już wtedy wymyślił całkowicie poprawną koncepcję istoty zjawiska odchylania igły magnetycznej pod wpływem prądu.

Po osiągnięciu tego sukcesu Faraday porzucił studia w dziedzinie elektryczności na dziesięć lat, poświęcając się studiowaniu wielu różnych przedmiotów. W 1823 Faraday dokonał jednego z najważniejszych odkryć w dziedzinie fizyki - po raz pierwszy osiągnął upłynnienie gazu, a jednocześnie ustalił prostą, ale słuszną metodę przekształcania gazów w ciecz. W 1824 Faraday dokonał kilku odkryć w dziedzinie fizyki.

Między innymi ustalił, że światło wpływa na kolor szkła, zmieniając go. W Następny rok Faraday ponownie przechodzi od fizyki do chemii, a efektem jego pracy w tej dziedzinie jest odkrycie benzyny i siarkowego kwasu naftalenowego.

W 1831 Faraday opublikował traktat O szczególnym rodzaju złudzenia optycznego, który posłużył za podstawę pięknego i ciekawego pocisku optycznego zwanego „chromotropem”. W tym samym roku ukazał się kolejny traktat naukowca „O wibrujących płytach”. Wiele z tych prac mogłoby same uwiecznić nazwisko autora. Ale najważniejsze z prace naukowe Faraday to jego badania w dziedzinie elektromagnetyzmu i indukcji elektrycznej.

Ściśle mówiąc, ważna gałąź fizyki, która zajmuje się zjawiskami elektromagnetyzmu i elektryczności indukcyjnej, a która ma obecnie tak wielkie znaczenie dla techniki, została stworzona przez Faradaya z niczego.

Zanim Faraday w końcu poświęcił się badaniom w dziedzinie elektryczności, ustalono, że z zwykłe warunki obecność naelektryzowanego ciała wystarcza, aby jego wpływ wzbudził elektryczność w każdym innym ciele. Jednocześnie wiedziano, że przewód, przez który przepływa prąd i będący jednocześnie ciałem naelektryzowanym, nie ma żadnego wpływu na inne znajdujące się w pobliżu przewody.

Co spowodowało ten wyjątek? To jest pytanie, które zainteresowało Faradaya i którego rozwiązanie doprowadziło go do… główne odkrycia w dziedzinie elektryczności indukcyjnej. Jak zwykle Faraday rozpoczął serię eksperymentów, które miały wyjaśnić istotę sprawy.

Faraday nawinął dwa izolowane druty równolegle do siebie na tym samym drewnianym wałku do ciasta. Podłączył końce jednego przewodu do baterii składającej się z dziesięciu ogniw, a końce drugiego do czułego galwanometru. Kiedy prąd przeszedł przez pierwszy przewód,

Faraday skupił całą swoją uwagę na galwanometrze, spodziewając się, że z jego oscylacji zauważy pojawienie się prądu również w drugim przewodzie. Jednak nic takiego nie było: galwanometr pozostał spokojny. Faraday postanowił zwiększyć prąd i wprowadził do obwodu 120 ogniw galwanicznych. Wynik jest taki sam. Faraday powtórzył ten eksperyment dziesiątki razy, wszystkie z takim samym sukcesem.

Każdy inny na jego miejscu opuściłby eksperymenty, przekonany, że prąd przepływający przez przewód nie ma wpływu na przewód sąsiedni. Ale Faraday zawsze starał się wydobyć ze swoich eksperymentów i obserwacji wszystko, co mogli dać, dlatego nie otrzymawszy bezpośredniego wpływu na przewód podłączony do galwanometru, zaczął szukać skutków ubocznych.

Od razu zauważył, że galwanometr, pozostając całkowicie spokojny przez cały przepływ prądu, przy samym zamknięciu obwodu i przy jego otwarciu wpada w drgania.Okazało się, że w momencie przepuszczania prądu do pierwszego przewodu, a także wtedy, gdy ten drugi przewód jest również wzbudzany przez prąd, który w pierwszym przypadku jest przeciwny do pierwszego i tak samo z nim w drugim przypadku i trwa tylko jedną chwilę.

Te wtórne chwilowe prądy, wywołane wpływem pierwotnych, zostały nazwane przez Faradaya indukcyjnymi i nazwa ta została dla nich zachowana do dziś. Prądy indukcyjne, jako chwilowe, natychmiast zanikające po ich pojawieniu się, nie miałyby praktycznego znaczenia, gdyby Faraday nie znalazł sposobu, za pomocą genialnego urządzenia (komutatora), na ciągłe przerywanie i ponowne przewodzenie prądu pierwotnego pochodzącego z akumulatora przez pierwszy drut, dzięki czemu w drugim drucie jest ciągle wzbudzany przez coraz większe prądy indukcyjne, stając się w ten sposób stały. Więc znaleziono nowe źródło energia elektryczna, oprócz wcześniej znanych (procesy tarcia i chemiczne), - indukcja, oraz nowy rodzaj tej energii to energia elektryczna indukcyjna.

Kontynuując swoje eksperymenty, Faraday odkrył dalej, że proste przybliżenie drutu skręconego w zamkniętą krzywą do drugiego, wzdłuż którego płynie prąd galwaniczny, wystarczy do wzbudzenia prądu indukcyjnego w kierunku przeciwnym do prądu galwanicznego w przewodzie neutralnym, że usunięcie przewodu neutralnego ponownie wzbudza w nim prąd indukcyjny. Prąd jest już w tym samym kierunku, co prąd galwaniczny płynący po nieruchomym przewodzie, i ostatecznie te prądy indukcyjne są wzbudzane tylko podczas zbliżania się i usuwania przewód do przewodnika prądu galwanicznego, a bez tego ruchu prądy nie są wzbudzane, bez względu na to, jak blisko siebie znajdują się przewody.

W ten sposób odkryto nowe zjawisko, podobne do opisanego powyżej zjawiska indukcji podczas zamykania i zakańczania prądu galwanicznego. Te odkrycia z kolei dały początek nowym. Jeśli możliwe jest wytworzenie prądu indukcyjnego przez zamknięcie i zatrzymanie prądu galwanicznego, czy nie uzyskano by tego samego wyniku z namagnesowania i rozmagnesowania żelaza?

Prace Oersteda i Ampère'a ustaliły już związek między magnetyzmem a elektrycznością. Wiadomo było, że żelazo staje się magnesem, gdy owinięty jest wokół niego izolowany drut, przez który przepływa prąd galwaniczny, i że właściwości magnetyczne tego żelaza ustają, gdy tylko ustanie prąd.

Na tej podstawie Faraday wymyślił taki eksperyment: dwa izolowane przewody owinięte wokół żelaznego pierścienia; ponadto jeden drut był owinięty wokół jednej połowy pierścienia, a drugi wokół drugiej. Przez jeden przewód przepływał prąd z akumulatora galwanicznego, a końce drugiego były podłączone do galwanometru. I tak, gdy prąd zamknął się lub zatrzymał, a w konsekwencji żelazny pierścień został namagnesowany lub rozmagnesowany, igła galwanometru oscylowała szybko, a następnie szybko się zatrzymała, to znaczy wszystkie te same chwilowe prądy indukcyjne były wzbudzane w przewodzie neutralnym - to czas: już pod wpływem magnetyzmu.

Tak więc tutaj po raz pierwszy magnetyzm został zamieniony na elektryczność. Po otrzymaniu tych wyników Faraday postanowił urozmaicić swoje eksperymenty. Zamiast żelaznego pierścienia zaczął używać żelaznej opaski. Zamiast wzbudzać magnetyzm w żelazie prądem galwanicznym, namagnesował żelazo, dotykając go stałym magnesem stalowym. Rezultat był taki sam: zawsze w drucie owiniętym wokół żelaza! prąd był wzbudzany w momencie namagnesowania i rozmagnesowania żelaza.

Następnie Faraday wprowadził w drucianą spiralę magnes stalowy - zbliżanie się i usuwanie tego ostatniego powodowało prądy indukcyjne w drucie. Jednym słowem magnetyzm, w sensie wzbudzania prądów indukcyjnych, działał dokładnie tak samo jak prąd galwaniczny.

W tym czasie fizycy byli intensywnie zajęci jednym tajemniczym zjawiskiem, odkrytym w 1824 roku przez Arago i mimo to nie znaleźli wyjaśnienia; że to wyjaśnienie było intensywnie poszukiwane przez tak wybitnych naukowców tamtych czasów, jak sam Arago, Ampère, Poisson, Babaj i Herschel.

Sprawa wyglądała następująco. Igła magnetyczna, swobodnie wisząca, szybko się zatrzymuje, jeśli włoży się pod nią krąg z niemagnetycznego metalu; jeśli okrąg zostanie następnie wprawiony w ruch obrotowy, igła magnetyczna zacznie podążać za nim.

W stanie spokoju nie można było wykryć najmniejszego przyciągania lub odpychania między kołem a strzałą, podczas gdy to samo koło, które było w ruchu, ciągnęło za sobą nie tylko lekką strzałę, ale także ciężki magnes. To prawdziwie cudowne zjawisko wydawało się ówczesnym naukowcom tajemniczą zagadką, czymś poza naturalnym.

Faraday, opierając się na powyższych danych, przyjął założenie, że okrąg z metalu niemagnetycznego pod wpływem magnesu krąży w trakcie obrotu przez prądy indukcyjne, które oddziałują na igłę magnetyczną i ciągną ją za magnesem.

Rzeczywiście, wprowadzając krawędź koła między bieguny dużego magnesu w kształcie podkowy i łącząc środek i krawędź koła z galwanometrem za pomocą drutu, Faraday otrzymał stały prąd elektryczny podczas obrotu koła.

Następnie Faraday zdecydował się na inne zjawisko, które wzbudzało wówczas ogólną ciekawość. Jak wiecie, jeśli opiłki żelaza zostaną posypane magnesem, są one pogrupowane wzdłuż pewnych linii, zwanych krzywymi magnetycznymi. Faraday, zwracając uwagę na to zjawisko, dał w 1831 r. podwaliny krzywym magnetycznym, zwanym „liniami siły magnetycznej”, które potem weszły do powszechnego użytku.

Badanie tych „linii” doprowadziło Faradaya do nowego odkrycia, okazało się, że do wzbudzania prądów indukcyjnych zbliżanie i usuwanie źródła z bieguna magnetycznego nie jest konieczne. Aby wzbudzić prądy, wystarczy w znany sposób przekroczyć linie siły magnetycznej.

Dalsze prace Faradaya we wspomnianym kierunku nabrały, z dzisiejszego punktu widzenia, charakteru czegoś całkowicie cudownego. Na początku 1832 roku zademonstrował aparat, w którym wzbudzano prądy indukcyjne bez pomocy magnesu lub prądu galwanicznego.

Urządzenie składało się z żelaznego paska umieszczonego w cewce drutu. To urządzenie w normalnych warunkach nie dało najmniejszego znaku pojawienia się w nim prądów; ale gdy tylko nadano mu kierunek odpowiadający kierunkowi igły magnetycznej, w drucie wzbudził się prąd.

Następnie Faraday podał położenie igły magnetycznej jednej cewce, a następnie włożył w nią żelazny pasek: prąd ponownie został wzbudzony. Powodem, który powodował prąd w tych przypadkach był ziemski magnetyzm, który powodował prądy indukcyjne jak zwykły magnes lub prąd galwaniczny. Aby to wyraźniej pokazać i udowodnić, Faraday podjął się kolejnego eksperymentu, który w pełni potwierdził jego idee.

Argumentował, że jeśli okrąg z metalu niemagnetycznego, na przykład miedzi, obracający się w pozycji, w której przecina się z liniami siły magnetycznej sąsiedniego magnesu, daje prąd indukcyjny, to ten sam okrąg, obracający się przy braku magnes, ale w pozycji, w której koło przetnie linie ziemskiego magnetyzmu, musi również dawać prąd indukcyjny.

I rzeczywiście, miedziany okrąg, obrócony w płaszczyźnie poziomej, dawał prąd indukcyjny, który powodował zauważalne odchylenie igły galwanometru. Faraday zakończył serię badań w dziedzinie indukcji elektrycznej odkryciem w 1835 r. „indukcyjnego wpływu prądu na siebie”.

Odkrył, że gdy prąd galwaniczny jest zamknięty lub otwarty, natychmiastowe prądy indukcyjne są wzbudzane w samym przewodzie, który służy jako przewodnik dla tego prądu.

Rosyjski fizyk Emil Christoforovich Lenz (1804-1861) podał zasadę określania kierunku prąd indukcyjny. „Prąd indukcyjny jest zawsze kierowany w taki sposób, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne utrudnia lub spowalnia ruch wywołujący indukcję”, zauważa A.A. Korobko-Stefanow w swoim artykule o indukcji elektromagnetycznej. - Na przykład, gdy cewka zbliży się do magnesu, wynikowy prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytworzone przez nią pole magnetyczne będzie przeciwne do pola magnetycznego magnesu. W rezultacie między cewką a magnesem powstają siły odpychające.

Reguła Lenza wynika z prawa zachowania i transformacji energii. Gdyby prądy indukcyjne przyspieszyły ruch, który je wywołał, praca powstałaby z niczego. Sama cewka po lekkim popchnięciu pędzi w kierunku magnesu, a jednocześnie prąd indukcyjny uwalnia w nim ciepło. W rzeczywistości prąd indukcyjny powstaje w wyniku pracy polegającej na zbliżeniu magnesu i cewki.

Dlaczego występuje prąd indukowany? Głębokie wyjaśnienie zjawiska indukcji elektromagnetycznej podał angielski fizyk James Clerk Maxwell – twórca ukończonego teoria matematyczna pole elektromagnetyczne.

Aby lepiej zrozumieć istotę sprawy, rozważ bardzo prosty eksperyment. Niech cewka składa się z jednego zwoju drutu i jest przebijana przez zmienne pole magnetyczne prostopadłe do płaszczyzny zwoju. W cewce oczywiście jest prąd indukcyjny. Maxwell zinterpretował ten eksperyment z wyjątkową odwagą i niespodziewanością.

Według Maxwella, gdy pole magnetyczne zmienia się w przestrzeni, powstaje proces, dla którego obecność cewki z drutu nie ma znaczenia. Najważniejsze jest tutaj pojawienie się zamkniętych linii pierścieniowych pola elektrycznego, zakrywających zmieniające się pole magnetyczne. Pod wpływem wyłaniającego się pola elektrycznego elektrony zaczynają się poruszać, a w cewce powstaje prąd elektryczny. Cewka to tylko urządzenie, które pozwala wykryć pole elektryczne.

Istotą zjawiska indukcji elektromagnetycznej jest to, że zmienne pole magnetyczne zawsze generuje w otaczającej przestrzeni pole elektryczne o zamkniętych liniach sił. Takie pole nazywa się polem wirowym.

Badania w dziedzinie indukcji wytwarzanej przez ziemski magnetyzm dały Faradayowi możliwość wyrażenia idei telegrafu już w 1832 roku, który następnie stał się podstawą tego wynalazku. Ogólnie rzecz biorąc, odkrycie indukcji elektromagnetycznej nie bez powodu przypisuje się najbardziej wybitne odkrycia XIX wiek - na tym zjawisku opiera się praca milionów silników elektrycznych i generatorów prądu elektrycznego na całym świecie...

Źródło informacji: Samin D.K. „Sto Great odkrycia naukowe"., M.: "Veche", 2002

Odpowiedź:

Kolejnym ważnym krokiem w rozwoju elektrodynamiki po eksperymentach Ampère'a było odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Angielski fizyk Michael Faraday (1791 - 1867) odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Faraday, jeszcze młody naukowiec, podobnie jak Oersted, uważał, że wszystkie siły natury są ze sobą powiązane, a ponadto, że są zdolne do wzajemnego przekształcania się. Ciekawe, że Faraday wyraził tę ideę jeszcze przed ustanowieniem prawa zachowania i transformacji energii. Faraday wiedział o odkryciu Ampere, że, mówiąc w przenośni, zamienił elektryczność w magnetyzm. Zastanawiając się nad tym odkryciem, Faraday doszedł do wniosku, że jeśli „elektryczność tworzy magnetyzm”, to na odwrót „magnetyzm musi wytwarzać elektryczność”. W 1823 r. pisał w swoim dzienniku: „Zamień magnetyzm w elektryczność”. Faraday przez osiem lat pracował nad rozwiązaniem problemu. Przez długi czas goniły go niepowodzenia, aż wreszcie w 1831 rozwiązał je – odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Najpierw Faraday odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej w przypadku, gdy cewki są nawinięte na ten sam bęben. Jeżeli prąd elektryczny pojawi się lub zniknie w jednej cewce w wyniku podłączenia do niej lub odłączenia od niej akumulatora galwanicznego, to w tym momencie w drugiej cewce pojawia się prąd krótkotrwały. Prąd ten jest wykrywany przez galwanometr podłączony do drugiej cewki.

Następnie Faraday ustalił również obecność prądu indukcyjnego w cewce, gdy cewka była zbliżana lub oddalana od niej, w której płynął prąd elektryczny.

wreszcie trzeci przypadek indukcji elektromagnetycznej, który odkrył Faraday, polegał na tym, że prąd pojawił się w cewce, gdy magnes był w niej wkładany lub wyjmowany z niej.

Odkrycie Faradaya przyciągnęło uwagę wielu fizyków, którzy również zaczęli badać cechy zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Kolejnym zadaniem było ustalenie ogólnego prawa indukcji elektromagnetycznej. Należało dowiedzieć się, jak i od czego zależy siła prądu indukcyjnego w przewodzie lub od czego zależy wartość elektromotorycznej siły indukcji w przewodzie, w którym indukowany jest prąd elektryczny.

To zadanie okazało się trudne. Zostało to całkowicie rozwiązane przez Faradaya i Maxwella później w ramach opracowanej przez nich doktryny dotyczącej pola elektromagnetycznego. Ale próbowali go również rozwiązać fizycy, którzy trzymali się teorii dalekiego zasięgu, wspólnej w tamtych czasach w doktrynie zjawisk elektrycznych i magnetycznych.

Coś, co udało się tym naukowcom zrobić. Jednocześnie pomogła im zasada odkryta przez petersburskiego akademika Emila Christianovicha Lenza (1804 - 1865) dla znalezienia kierunku prądu indukcyjnego w różne okazje Indukcja elektromagnetyczna. Lenz sformułował to w następujący sposób: „Jeżeli przewodnik metalowy porusza się w pobliżu prądu galwanicznego lub magnesu, to prąd galwaniczny jest w nim wzbudzany w takim kierunku, że gdyby ten przewodnik był nieruchomy, to prąd mógłby spowodować jego ruch w przeciwnym kierunku kierunek; zakłada się, że przewodnik w spoczynku może poruszać się tylko w kierunku ruchu lub w przeciwnym kierunku.

Ta zasada jest bardzo wygodna przy określaniu kierunku prądu indukcyjnego. Używamy go nawet teraz, tylko teraz jest on sformułowany trochę inaczej, z pogrzebaniem koncepcji indukcji elektromagnetycznej, której Lenz nie używał.

Ale historycznie głównym znaczeniem rządów Lenza było to, że zrodziło się pomysł, jak podejść do znalezienia prawa indukcji elektromagnetycznej. Faktem jest, że w regule atomowej ustala się związek między indukcją elektromagnetyczną a zjawiskiem oddziaływania prądów. Kwestię interakcji prądów rozwiązał już Ampère. Dlatego ustanowienie tego połączenia początkowo umożliwiło określenie wyrażenia na siłę elektromotoryczną indukcji w przewodzie dla wielu szczególnych przypadków.

W ogólny widok Prawo indukcji elektromagnetycznej, jak o tym mówiliśmy, zostało ustanowione przez Faradaya i Maxwella.

Indukcja elektromagnetyczna - zjawisko występowania prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym, gdy zmienia się przepływający przez niego strumień magnetyczny.

Indukcję elektromagnetyczną odkrył Michael Faraday 29 sierpnia 1831 r. Odkrył, że siła elektromotoryczna występująca w zamkniętym obwodzie przewodzącym jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną przez ten obwód. Wielkość siły elektromotorycznej (EMF) nie zależy od tego, co powoduje zmianę strumienia - zmianę samego pola magnetycznego lub ruch obwodu (lub jego części) w polu magnetycznym. Prąd elektryczny wywołany przez to pole elektromagnetyczne nazywany jest prądem indukcyjnym.

Indukcja własna - występowanie indukcji elektromagnetycznej w zamkniętym obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się prąd przepływający przez obwód.

Gdy prąd w obwodzie zmienia się proporcjonalnie i strumień magnetyczny przez powierzchnię ograniczoną przez ten kontur. Zmiana tego strumienia magnetycznego, spowodowana prawem indukcji elektromagnetycznej, prowadzi do wzbudzenia indukcyjnego pola elektromagnetycznego w tym obwodzie.

Zjawisko to nazywa się samoindukcją. (Pojęcie to jest powiązane z pojęciem wzajemnej indukcji, będąc niejako jego szczególnym przypadkiem).

Kierunek Samoindukcja EMF zawsze okazuje się, że gdy prąd w obwodzie wzrasta, sem indukcji własnej zapobiega temu wzrostowi (skierowana pod prąd), a gdy prąd maleje, maleje (współkierowana z prądem). Dzięki tej właściwości samoindukcyjne pole elektromagnetyczne jest podobne do siły bezwładności.

Stworzenie pierwszego przekaźnika poprzedził wynalezienie w 1824 r. przez Anglika Sturgeona elektromagnesu - urządzenia, które zamienia wejściowy prąd elektryczny cewki drutu nawiniętej na żelazny rdzeń na pole magnetyczne wytwarzane wewnątrz i na zewnątrz tego rdzenia. Pole magnetyczne zostało utrwalone (wykryte) przez jego oddziaływanie na materiał ferromagnetyczny znajdujący się w pobliżu rdzenia. Ten materiał został przyciągnięty do rdzenia elektromagnesu.

Następnie efekt zamiany energii prądu elektrycznego na energię mechaniczną znaczącego ruchu zewnętrznego materiału ferromagnetycznego (armatura) stanowił podstawę różnych elektromechanicznych urządzeń telekomunikacyjnych (telegrafii i telefonii), elektrotechniki i elektroenergetyki. Jednym z pierwszych takich urządzeń był przekaźnik elektromagnetyczny, wynaleziony przez Amerykanina J. Henry'ego w 1831 roku.

Do tej pory rozważaliśmy pola elektryczne i magnetyczne, które nie zmieniają się w czasie. Stwierdzono, że powstaje pole elektryczne ładunki elektryczne, a pole magnetyczne - poruszające się ładunki, czyli prąd elektryczny. Przejdźmy do zapoznania się z polami elektrycznymi i magnetycznymi, które zmieniają się w czasie.

Bardzo ważny fakt, co zostało odkryte, jest najbliższym związkiem pola elektrycznego i magnetycznego. Zmienne w czasie pole magnetyczne generuje pole elektryczne, a zmienne pole elektryczne generuje pole magnetyczne. Bez tego połączenia między polami różnorodność przejawów sił elektromagnetycznych nie byłaby tak rozległa, jak jest w rzeczywistości. Nie byłoby fal radiowych ani światła.

To nie przypadek, że pierwszy decydujący krok w odkryciu nowych właściwości oddziaływań elektromagnetycznych stał się twórcą idei pola elektromagnetycznego - Faraday. Faraday był przekonany o jednolitej naturze zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Dzięki temu dokonał odkrycia, które później stało się podstawą do projektowania generatorów wszystkich elektrowni na świecie, przetwarzających energię mechaniczną na energię prądu elektrycznego. (Inne źródła: ogniwa galwaniczne, baterie itp. - zapewniają znikomy udział wytworzonej energii.)

Prąd elektryczny, rozumował Faraday, jest w stanie namagnesować kawałek żelaza. Czy magnes z kolei może wywołać prąd elektryczny?

Przez długi czas nie można było znaleźć tego połączenia. Trudno było myśleć o głównej rzeczy, a mianowicie: tylko poruszający się magnes lub zmieniające się w czasie pole magnetyczne może wzbudzić prąd elektryczny w cewce.

Jakie wypadki mogłyby uniemożliwić odkrycie, pokazuje następujący fakt. Niemal równocześnie z Faradaya szwajcarski fizyk Colladon próbował uzyskać prąd elektryczny w cewce za pomocą magnesu. Podczas pracy posługiwał się galwanometrem, którego lekka igła magnetyczna była umieszczona wewnątrz cewki urządzenia. Aby magnes nie wpływał bezpośrednio na igłę, końce cewki, w którą Colladon wepchnął magnes, mając nadzieję, że dostanie się w nim prąd, zostały wyprowadzone sąsiedni pokój i są podłączone do galwanometru. Po włożeniu magnesu do cewki Colladon przeszedł do sąsiedniego pokoju i ze zmartwieniem

upewniłem się, że galwanometr nie pokazuje prądu. Gdyby tylko cały czas obserwował galwanometr i poprosił kogoś o pracę nad magnesem, dokonałby niezwykłego odkrycia. Ale tak się nie stało. Magnes w spoczynku względem cewki nie powoduje w nim prądu.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na pojawieniu się w obwodzie przewodzącym prądu elektrycznego, który albo spoczywa w zmieniającym się w czasie polu magnetycznym, albo porusza się w stałym polu magnetycznym w taki sposób, że liczba linii indukcji magnetycznej przenika przez zmiany obwodu. Został odkryty 29 sierpnia 1831 roku. To rzadki przypadek, kiedy tak dokładnie znana jest data nowego niezwykłego odkrycia. Oto opis pierwszego eksperymentu podanego przez samego Faradaya:

„Nawinięty na szeroką drewnianą cewkę miedziany przewód Długi na 203 stopy, a między zwojami nawinięty jest drut o tej samej długości, ale odizolowany od pierwszej nici bawełnianej. Jedna z tych spiral była podłączona do galwanometru, a druga do mocnej baterii składającej się ze 100 par płytek… Po zamknięciu obwodu można było zauważyć nagłe, ale niezwykle słabe działanie na galwanometr, a to samo zostało zauważone, gdy prąd się zatrzymał. Przy ciągłym przepływie prądu przez jedną z cewek nie dało się zauważyć żadnego wpływu na galwanometr, ani w ogóle żadnego efektu indukcyjnego na drugą cewkę, mimo że nagrzewanie się całej cewki podłączonej do akumulatora, i jasność iskry skaczącej między węglami, świadczy o mocy akumulatora” (Faraday M. „ Badania eksperymentalne na prąd", 1. seria).

Tak więc początkowo odkryto indukcję w przewodnikach, które były nieruchome względem siebie podczas zamykania i otwierania obwodu. Następnie, wyraźnie rozumiejąc, że zbliżanie lub usuwanie przewodników z prądem powinno prowadzić do tego samego wyniku, co zamykanie i otwieranie obwodu, Faraday udowodnił eksperymentalnie, że prąd powstaje, gdy cewki poruszają się wzajemnie.

w stosunku do przyjaciela. Znając prace Ampère'a, Faraday zrozumiał, że magnes to zbiór małych prądów krążących w cząsteczkach. Jak zapisano w jego dzienniku laboratoryjnym, 17 października wykryto prąd indukcyjny w cewce podczas wkładania (lub wyjmowania) magnesu. W ciągu miesiąca Faraday eksperymentalnie odkrył wszystkie istotne cechy zjawiska indukcji elektromagnetycznej.

Obecnie eksperymenty Faradaya mogą powtórzyć wszyscy. Aby to zrobić, musisz mieć dwie cewki, magnes, baterię elementów i wystarczająco czuły galwanometr.

W instalacji pokazanej na fig. 238 prąd indukcyjny występuje w jednej z cewek, gdy obwód elektryczny drugiej cewki, która jest nieruchoma względem pierwszej, jest zamykany lub otwierany. W instalacji na rysunku 239 reostat zmienia prąd w jednej z cewek. Na rysunku 240 a, prąd indukcyjny pojawia się, gdy cewki poruszają się względem siebie, a na rysunku 240 b - podczas ruchu trwały magnes dotyczące cewki.

Sam Faraday pojął już wspólną rzecz, która decyduje o pojawieniu się prądu indukcyjnego w eksperymentach, które wyglądają inaczej na zewnątrz.

W zamkniętym obwodzie przewodzącym prąd powstaje, gdy zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej przenikających obszar ograniczony tym obwodem. A im szybciej zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej, tym większy wynikowy prąd indukcyjny. W tym przypadku przyczyna zmiany liczby linii indukcji magnetycznej jest całkowicie obojętna. Może to być zmiana liczby linii indukcji magnetycznej wnikających w obszar stałego obwodu przewodzącego z powodu zmiany natężenia prądu w sąsiedniej cewce (ryc. 238) oraz zmiana liczby linie indukcji spowodowane ruchem obwodu w niejednorodnym polu magnetycznym, którego gęstość linii zmienia się w przestrzeni (ryc. 241).

Wektor indukcji magnetycznej \(~\vec B\) charakteryzuje pole magnetyczne w każdym punkcie przestrzeni. Wprowadźmy jeszcze jedną wielkość, która zależy od wartości wektora indukcji magnetycznej nie w jednym punkcie, ale we wszystkich punktach dowolnie wybranej powierzchni. Wielkość ta nazywana jest strumieniem wektora indukcji magnetycznej lub strumień magnetyczny.

Wyizolujmy w polu magnetycznym taki mały element powierzchniowy o powierzchni Δ S tak, że indukcję magnetyczną we wszystkich jej punktach można uznać za taką samą. Niech \(~\vec n\) będzie normalną do elementu tworzącego kąt α z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej (rys. 1).

Strumień wektora indukcji magnetycznej przez pole powierzchni Δ S nazwijmy wartość równą iloczynowi modułu wektora indukcji magnetycznej \(~\vec B\) i powierzchni Δ S i cosinus kąta α między wektorami \(~\vec B\) i \(~\vec n\) (normalnie do powierzchni):

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

Praca b sałata α = W n jest rzutem wektora indukcji magnetycznej na normalną do elementu. Dlatego

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

Przepływ może być dodatni lub ujemny w zależności od wartości kąta α .

Jeśli pole magnetyczne jest jednorodne, to strumień przez płaską powierzchnię o powierzchni S równa się:

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

Strumień indukcji magnetycznej można jednoznacznie zinterpretować jako wielkość proporcjonalną do liczby linii wektora \(~\vec B\) penetrujących dany obszar powierzchni.

Ogólnie rzecz biorąc, powierzchnia może być zamknięta. W tym przypadku liczba linii indukcyjnych wchodzących do wnętrza powierzchni jest równa liczbie linii wychodzących z niej (rys. 2). Jeśli powierzchnia jest zamknięta, to normalna zewnętrzna jest uważana za dodatnią normalną do powierzchni.

Linie indukcji magnetycznej są zamknięte, co oznacza, że strumień indukcji magnetycznej przez zamkniętą powierzchnię jest równy zeru. (Linie wychodzące z powierzchni dają dodatni strumień, a linie wchodzące ujemny). Ta podstawowa właściwość pola magnetycznego wynika z braku ładunków magnetycznych. Gdyby nie było ładunków elektrycznych, strumień elektryczny przez zamkniętą powierzchnię byłby zerowy.

Indukcja elektromagnetyczna

Odkrycie indukcji elektromagnetycznej

W 1821 r. Michael Faraday napisał w swoim dzienniku: „Zamień magnetyzm w elektryczność”. Po 10 latach ten problem został przez niego rozwiązany.

M. Faraday był przekonany o jednolitej naturze zjawisk elektrycznych i magnetycznych, ale długi czas nie można było znaleźć związku między tymi zjawiskami. Trudno było wymyślić główny punkt: tylko zmienne w czasie pole magnetyczne może wzbudzić prąd elektryczny w nieruchomej cewce lub sama cewka musi poruszać się w polu magnetycznym.

Odkrycia indukcji elektromagnetycznej, jak Faraday nazwał to zjawisko, dokonano 29 sierpnia 1831 roku krótki opis pierwsze doświadczenie podane przez samego Faradaya. „Drut miedziany o długości 203 stóp (stopa równa się 304,8 mm) nawinięto na szeroką drewnianą cewkę, a między zwojami nawinięto drut o tej samej długości, ale odizolowany od pierwszej nici bawełnianej. Jedna z tych spiral była połączona z galwanometrem, a druga z mocną baterią, składającą się ze 100 par płytek ... Po zamknięciu obwodu można było zauważyć nagły, ale wyjątkowo słaby wpływ na galwanometr i to samo zauważono, gdy prąd się zatrzymał. Przy ciągłym przepływie prądu przez jedną z cewek nie dało się zauważyć żadnego wpływu na galwanometr, ani w ogóle żadnego efektu indukcyjnego na drugą cewkę, mimo że nagrzewanie się całej cewki podłączonej do akumulatora, i jasność iskry skaczącej między węglami świadczy o mocy baterii.

Tak więc początkowo odkryto indukcję w przewodnikach, które były nieruchome względem siebie podczas zamykania i otwierania obwodu. Następnie, wyraźnie rozumiejąc, że zbliżanie lub usuwanie przewodników z prądem powinno prowadzić do tego samego rezultatu, co zamykanie i otwieranie obwodu, Faraday udowodnił eksperymentalnie, że prąd powstaje, gdy cewki poruszają się względem siebie (rys. 3).

Znając prace Ampère'a, Faraday zrozumiał, że magnes to zbiór małych prądów krążących w cząsteczkach. 17 października, jak zapisano w jego dzienniku laboratoryjnym, wykryto prąd indukcyjny w cewce podczas wpychania (lub wyciągania) magnesu (ryc. 4).

W ciągu miesiąca Faraday eksperymentalnie odkrył wszystkie istotne cechy zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Pozostało tylko nadać prawu ścisłą formę ilościową i w pełni ujawnić fizyczną naturę zjawiska. Sam Faraday pojął już wspólną rzecz, która decyduje o pojawieniu się prądu indukcyjnego w eksperymentach, które wyglądają inaczej na zewnątrz.

W zamkniętym obwodzie przewodzącym prąd powstaje, gdy zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej penetrujących powierzchnię ograniczoną przez ten obwód. Zjawisko to nazywa się indukcją elektromagnetyczną.

A im szybciej zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej, tym większy prąd wynikowy. W tym przypadku przyczyna zmiany liczby linii indukcji magnetycznej jest całkowicie obojętna. Może to być zmiana liczby linii indukcji magnetycznej przechodzących przez nieruchomy przewodnik w wyniku zmiany natężenia prądu w sąsiedniej cewce oraz zmiana liczby linii w wyniku ruchu obwodu w niejednorodnym polu magnetycznym , których gęstość linii zmienia się w przestrzeni (ryc. 5).

Zasada Lenza

Prąd indukcyjny, który powstał w przewodniku, natychmiast zaczyna oddziaływać z prądem lub magnesem, który go wytworzył. Jeśli magnes (lub cewkę z prądem) zbliżymy do zamkniętego przewodnika, to powstający prąd indukcyjny z jego polem magnetycznym z konieczności odpycha magnes (cewkę). Należy wykonać pracę, aby zbliżyć magnes i cewkę. Po usunięciu magnesu następuje przyciąganie. Ta zasada jest ściśle przestrzegana. Wyobraź sobie, że rzeczy miałyby się inaczej: popychasz magnes w kierunku cewki, a on sam w nią wpada. To naruszałoby prawo zachowania energii. Wszakże wzrosłaby energia mechaniczna magnesu iw tym samym czasie powstałby prąd, co samo w sobie wymaga wydatkowania energii, ponieważ prąd też może działać. Prąd elektryczny indukowany w tworniku generatora, oddziałując z polem magnetycznym stojana, spowalnia obrót twornika. Tylko dlatego, aby obrócić zworę, konieczne jest wykonanie pracy, im większa, tym większa siła prądu. W wyniku tej pracy powstaje prąd indukcyjny. Warto zauważyć, że gdyby pole magnetyczne naszej planety było bardzo duże i wysoce niejednorodne, to szybkie ruchy ciał przewodzących na jej powierzchni i w atmosferze byłyby niemożliwe ze względu na intensywne oddziaływanie prądu indukowanego w ciele z tym pole. Ciała poruszałyby się jak w gęstym, lepkim ośrodku, a jednocześnie byłyby silnie nagrzewane. Ani samoloty, ani rakiety nie mogły latać. Osoba nie mogła szybko poruszać rękami ani nogami, ponieważ Ludzkie ciało- dobry dyrygent.

Jeżeli cewka, w której indukowany jest prąd, jest nieruchoma w stosunku do sąsiedniej cewki z prąd przemienny, jak na przykład w transformatorze, to w tym przypadku kierunek prądu indukcyjnego jest podyktowany prawem zachowania energii. Prąd ten jest zawsze kierowany w taki sposób, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne ma tendencję do zmniejszania zmian prądu w uzwojeniu pierwotnym.

Odpychanie lub przyciąganie magnesu przez cewkę zależy od kierunku prądu indukcyjnego w nim. Dlatego prawo zachowania energii pozwala nam sformułować regułę określającą kierunek prądu indukcyjnego. Jaka jest różnica między dwoma eksperymentami: podejściem magnesu do cewki i jego usunięciem? W pierwszym przypadku strumień magnetyczny (lub liczba linii indukcji magnetycznej przenikających zwoje cewki) wzrasta (ryc. 6, a), aw drugim przypadku maleje (ryc. 6, b). Ponadto w pierwszym przypadku linie indukcyjne W’ pola magnetycznego wytworzonego przez prąd indukcyjny, który powstał w cewce, wychodzi z górnego końca cewki, ponieważ cewka odpycha magnes, a w drugim przypadku, przeciwnie, wchodzi w ten koniec. Te linie indukcji magnetycznej na rysunku 6 są pokazane z kreską.

Ryż. 6

Teraz doszliśmy do głównego punktu: wraz ze wzrostem strumienia magnetycznego na zwojach cewki prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne zapobiega wzrostowi strumienia magnetycznego na zwojach cewki. W końcu wektor indukcyjny \ (~ \ vec B "\) tego pola jest skierowany przeciwko wektorowi indukcyjnemu \ (~ \ vec B \) pola, którego zmiana generuje prąd elektryczny. Jeśli strumień magnetyczny przez cewka słabnie, wtedy prąd indukcyjny wytwarza pole magnetyczne z indukcją \(~\vec B"\) , które zwiększa strumień magnetyczny przez zwoje cewki.

To jest esencja główna zasada określenie kierunku prądu indukcyjnego, który ma zastosowanie we wszystkich przypadkach. Ta zasada została ustanowiona przez rosyjskiego fizyka E. X. Lenza (1804-1865).

Według Zasada Lenza

prąd indukcyjny powstający w obwodzie zamkniętym ma taki kierunek, że wytworzony przez niego strumień magnetyczny przez powierzchnię ograniczoną przez obwód ma tendencję do zapobiegania zmianie strumienia, który generuje ten prąd.

prąd indukcyjny ma taki kierunek, że zapobiega przyczynie, która go powoduje.

W przypadku nadprzewodników kompensacja zmian zewnętrznego strumienia magnetycznego będzie kompletna. Strumień indukcji magnetycznej przez powierzchnię ograniczoną obwodem nadprzewodzącym w żadnych warunkach nie zmienia się w czasie.

Prawo indukcji elektromagnetycznej

Eksperymenty Faradaya wykazały, że siła indukowanego prądu i i w obwodzie przewodzącym jest proporcjonalna do szybkości zmian liczby linii indukcji magnetycznej \(~\vec B\) penetrujących powierzchnię ograniczoną przez ten obwód. Dokładniej, to stwierdzenie można sformułować za pomocą pojęcia strumienia magnetycznego.

Strumień magnetyczny jest jednoznacznie interpretowany jako liczba linii indukcji magnetycznej przenikających powierzchnię o powierzchni S. Dlatego tempo zmian tej liczby to nic innego jak tempo zmiany strumienia magnetycznego. Jeśli w krótkim czasie Δ T strumień magnetyczny zmienia się na Δ F, to tempo zmian strumienia magnetycznego wynosi \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Zatem zdanie wynikające bezpośrednio z doświadczenia można sformułować w następujący sposób:

siła prądu indukcyjnego jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną konturem:

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

Wiadomo, że prąd elektryczny powstaje w obwodzie, gdy siły zewnętrzne działają na wolne ładunki. Działanie tych sił podczas przemieszczania pojedynczego ładunku dodatniego po obwodzie zamkniętym nazywamy siłą elektromotoryczną. W konsekwencji, gdy strumień magnetyczny zmienia się przez powierzchnię ograniczoną konturem, pojawiają się w niej siły zewnętrzne, których działanie charakteryzuje się polem elektromagnetycznym, zwanym polem indukcji. Oznaczmy to literą mi i .

Prawo indukcji elektromagnetycznej zostało sformułowane specjalnie dla pola elektromagnetycznego, a nie dla natężenia prądu. Za pomocą tego sformułowania prawo wyraża istotę zjawiska, która nie zależy od właściwości przewodników, w których występuje prąd indukcyjny.

Według prawo indukcji elektromagnetycznej (EMR)

Indukcja emf w zamkniętej pętli jest równa w wartości bezwzględnej szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną pętlą:

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

Jak uwzględnić kierunek prądu indukcyjnego (lub znak indukcyjnego pola elektromagnetycznego) w prawie indukcji elektromagnetycznej zgodnie z regułą Lenza?

Rysunek 7 przedstawia zamkniętą pętlę. Za pozytywny uznamy kierunek omijania konturu w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Normalna do konturu \(~\vec n\) tworzy prawą śrubę z kierunkiem obejścia. Znak EMF, czyli praca właściwa, zależy od kierunku sił zewnętrznych w stosunku do kierunku ominięcia obwodu. Jeśli te kierunki się pokrywają, to mi i > 0 i odpowiednio i i > 0. W przeciwnym razie EMF i natężenie prądu są ujemne.

Niech indukcja magnetyczna \(~\vec B\) zewnętrznego pola magnetycznego będzie skierowana wzdłuż normalnej do konturu i wzrasta z czasem. Następnie F> 0 i \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) > 0. Zgodnie z regułą Lenza prąd indukcyjny wytwarza strumień magnetyczny F’ < 0. Линии индукции b’ pola magnetycznego prądu indukcyjnego pokazano na rysunku 7 z kreską. Dlatego prąd indukcyjny i i jest skierowany zgodnie z ruchem wskazówek zegara (przeciwko dodatniemu kierunkowi obejścia), a indukcyjny emf jest ujemny. Dlatego w prawie indukcji elektromagnetycznej musi istnieć znak minus:

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

W międzynarodowy system jednostek, prawo indukcji elektromagnetycznej służy do ustalenia jednostki strumienia magnetycznego. Ta jednostka nazywa się weber (Wb).

Od EMF indukcji mi i wyraża się w woltach, a czas w sekundach, to z prawa Webera EMP można wyznaczyć w następujący sposób:

strumień magnetyczny przez powierzchnię ograniczoną zamkniętą pętlą jest równy 1 Wb, jeżeli przy równomiernym spadku tego strumienia do zera w ciągu 1 s w pętli występuje emf indukcyjny równy 1 V:

1 Wb \u003d 1 V ∙ 1 s.

Pole wirowe

Zmieniające się w czasie pole magnetyczne generuje pole elektryczne. J. Maxwell jako pierwszy doszedł do tego wniosku.

Teraz w nowym świetle pojawia się przed nami zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Najważniejsze w nim jest proces generowania pola elektrycznego za pomocą pola magnetycznego. W tym przypadku obecność obwodu przewodzącego, takiego jak cewka, nie zmienia istoty sprawy. Przewodnik z dopływem wolnych elektronów (lub innych cząstek) pomaga jedynie wykryć powstające pole elektryczne. Pole wprawia elektrony w ruch w przewodniku i tym samym się ujawnia. Istotą zjawiska indukcji elektromagnetycznej w przewodzie nieruchomym jest nie tyle pojawienie się prądu indukcyjnego, ile pojawienie się pola elektrycznego wprawiającego w ruch ładunki elektryczne.

Pole elektryczne, które powstaje, gdy zmienia się pole magnetyczne, ma zupełnie inną strukturę niż elektrostatyczne. Nie jest bezpośrednio połączona z ładunkami elektrycznymi, a jej linie napięcia nie mogą się na nich zaczynać i kończyć. Na ogół nie zaczynają się ani nie kończą nigdzie, ale są liniami zamkniętymi, podobnymi do linii indukcji pola magnetycznego. To tak zwane wirowe pole elektryczne. Może pojawić się pytanie: dlaczego tak naprawdę to pole nazywa się elektrycznym? W końcu ma ona inne pochodzenie i inną konfigurację niż statyczne pole elektryczne. Odpowiedź jest prosta: pole wirowe działa na ładunek Q w taki sam sposób jak elektrostatyczny, i rozważaliśmy i nadal uważamy to za główną właściwość pola. Siła działająca na ładunek nadal wynosi \(~\vec F = q \vec E\) , gdzie \(~\vec E\) to natężenie pola wirowego. Jeśli strumień magnetyczny jest wytwarzany przez jednorodne pole magnetyczne skoncentrowane w długiej wąskiej cylindrycznej rurce o promieniu r 0 (rys. 8), z rozważań na temat symetrii jest oczywiste, że linie natężenia pola elektrycznego leżą w płaszczyznach prostopadłych do linii \(~\vec B\) i są okręgami. Zgodnie z regułą Lenza, wraz ze wzrostem indukcji magnetycznej \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \right)\) linie pola \(~\vec E\) tworzą lewa śruba z kierunkiem indukcji magnetycznej \(~\vec B\) .

W przeciwieństwie do statycznego lub stacjonarnego pola elektrycznego, praca pola wirowego na ścieżce zamkniętej nie jest równa zeru. Rzeczywiście, kiedy ładunek się przemieszcza zamknięta linia natężenie pola elektrycznego, praca na wszystkich odcinkach ścieżki ma ten sam znak, ponieważ siła i przemieszczenie pokrywają się w kierunku. Wirowe pole elektryczne, podobnie jak pole magnetyczne, nie jest potencjałem.

Praca wirowego pola elektrycznego podczas przemieszczania pojedynczego ładunku dodatniego wzdłuż zamkniętego nieruchomego przewodnika jest liczbowo równa indukcji EMF w tym przewodniku.

Tak więc zmienne pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne. Ale czy nie uważasz, że jedno stwierdzenie nie wystarczy? Chciałbym wiedzieć, jaki jest mechanizm tego procesu. Czy można wyjaśnić, jak to połączenie pól realizuje się w przyrodzie? I tutaj nie można zaspokoić Twojej naturalnej ciekawości. Po prostu nie ma tu mechanizmu. Prawo indukcji elektromagnetycznej jest podstawowym prawem natury, co oznacza, że jest podstawowe, pierwotne. Wiele zjawisk można wytłumaczyć jego działaniem, ale samo to pozostaje niewytłumaczalne po prostu z tego powodu, że nie ma głębszych praw, z których wynikałoby w konsekwencji. W każdym razie takie prawa są obecnie nieznane. To są wszystkie podstawowe prawa: prawo grawitacji, prawo Coulomba itp.

Oczywiście możemy zadawać dowolne pytania naturze, ale nie wszystkie z nich mają sens. Tak więc na przykład możliwe i konieczne jest badanie przyczyn różnych zjawisk, ale nie ma sensu próbować dowiedzieć się, dlaczego w ogóle istnieje przyczynowość. Taka jest natura rzeczy, taki jest świat, w którym żyjemy.

Literatura

Żyłko W.W. Fizyka: proc. dodatek na 10 klasę. ogólne wykształcenie Szkoła z rosyjskiego język. szkolenie / V.V. Żyłko, A.V. Ławrinienko, L.G. Markowicz. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 s.
Myakishev, G.Ya. Fizyka: Elektrodynamika. 10-11 komórek. : studia. do pogłębionego studium fizyki / G.Ya. Myakishev, A.3. Siniakow, W.A. Słobodskow. – M.: Drop, 2005. – 476 s.