ЭЛЕКТРОСПЕЦ
ЭЛЕКТРОСПЕЦ

Электромагнитная индукция

а) Электродвижущая сила, наведенная в проводе
При движении провода с постоянной скоростью ν с той же скоростью будут, перемещаться свободные электроны и положительные ионы провода. Если провод движется в однородном поле перпендикулярно магнитным линиям (рис. 3-22), то на каждую заряженную частицу будет действовать электромагнитная сила,направление которой определяется правилом левой руки. Под действием этих сил электроны будут перемещаться на один конец провода, создавая на нем отрицательный заряд, а на другом конце провода недостаток электронов вызовет положительный заряд. Разделение зарядов прекратится, если электромагнитные силы уравновесятся электрическими силами притяжения разноименных зарядов. Так, в результате работы электромагнитных сил в проводнике возникает э. д. с, которую называют э. д. с. электромагнитной индукции, а само явление — электромагнитной индукцией. В этом случае механическая энергия, затраченная на движение проводника, преобразуется в электрическую.
Явление электромагнитной индукции было открыто в .1831 г. английским физиком М. Фарадеем.
На концах незамкнутого провода напряжение U равно э. д. с. электромагнитной индукции Е, таким образом (1-3);

Следовательно, наведённая (индуктированная) в проводе э. д. с. электромагнитной индукции пропорциональна величине магнитной индукции поля, в котором движется проводник, длине провода и скорости его движения в направлении, перпендикулярном магнитным линиям. Это первая формулировка закона электромагнитной индукции.
Направление наведенной э. д. с. определяется правилом п р а в о й руки.
Ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в нее, отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника, тогда вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной э. д. с.
 (рис. 3-23).

При движении проводника в плоскости, расположенной под углом  α к вектору магнитной индукции, э. д. с. определяется только слагающей скорости, нормальной к вектору магнитной индукции, т. е. νн = ν sin α, следовательно,

При перемещении проводника со скоростью ν = Δb/Δt в плоскости, нормальной к магнитным линиям поля, наведенная в нем э. д. с.

Учитывая, что произведение B и площади ΔS = lΔb равно магнитному потоку ΔΦ = BΔS, пересеченному проводником за время Δt, наведенная в нем э. д. с.

Следовательно, наведенная э. д. с. равна скорости пересечения проводником магнитного потока.

б) Электродвижущая сила, наведенная в контуре
При движении контура (рис. 3-24). в неоднородном магнитном поле в плоскости, нормальной к магнитным линиям (на рис. 3-24 показаны крестиками), в направлении, указанном стрелкой, в сторонах контура 1 и 2 наводятся э. д. с. e1 и e2 .Направления этих э. д. с, найденные по правилу правой руки, показаны стрелками.
В сторонах контура 3 и 4 э. д. с. не наводятся, так как они не пересекают магнитного поля.
Обозначив ΔΦ1 и ΔΦ2 потоки, пересеченные соответственно сторонами контура 1 и 2 за время Δt, напишем величины э. д. с. (3-26):

В результате движения контура за время  Δt пересеченный магнитный поток ΔΦ1 окажется внутри контура, а поток ΔΦ2 за пределами контура (рис. 3-24). Так как положительное направление э. д. с. связано правилом буравчика с направлением магнитного потока, то направление e2 будет положительным, а e1 — отрицательным. Таким образом, наведенная в контуре э. д. с.

При другой форме записи, при которой элементарные приращения потока и времени ΔΦ и  Δt заменены бесконечно малыми приращениями и dt, получим для произвольного момента времени выражение э. д. с., наводимой в контуре:

Из полученного выражения следует, что э. д. с. электромагнитной индукции, наведенная в контуре, равна скорости уменьшения магнитного потока, пронизывающего контур. Это вторая формулировка закона электромагнитной индукции.
Опытом установлено, что безразлично, происходит ли это изменение потока при движении контура в магнитном поле или в результате нарастания или убывания магнитного потока, пронизывающего неподвижный контур.
Если контур состоит из w последовательно соединенных витков, то индуктированная э. д. с. будет:

Произведение числа витков и пронизывающего их магнитного потока называется потокосцеплением:

следовательно индуктированная э.д.с.

равна скорости уменьшения потокосцепления.
При движении контура в направлении, указанном на рис. 3-24, магнитный поток, пронизывающий контур, уменьшается, т. е. приращение его отрицательно ΔΦ < 0,
так как ΔΦ2 > ΔΦ1. Следовательно, э. д. с. (3-28) положительна и направлена по ходу часовой стрелки.
Так же направлен и ток, вызванный этой э. д. с. Магнитный поток, созданный этим током, имеет то же направление, что и уменьшающийся магнитный поток, в чем легко убедиться, применив правило буравчика. Следовательно, убывание потока, пронизывающего контур вызывает появление э. д. с. и тока, магнитный поток которого стремится противодействовать убыванию магнитного потока.
При движении контура в обратном направлении поток, пронизывающий контур, увеличивается (ΔΦ > 0) и э. д.с. (по 3-28) отрицательна и направлена против хода часовой стрелки. Так же направлен и вызванный ею ток. Магнитный поток, созданный этим током, направлен встречно возрастающему магнитному потоку контура. Следовательно, возрастание потока контура приводит к появлению э. д. с. и тока, магнитный поток которого стремится противодействовать увеличению потока контура.
Из сказанного следует: направление наведенной э. д. с. всегда таково, что вызванный ею ток противодействует причине появления э. д. с. Это положение было установлено русским академиком Э. X. Ленцем в 1833 г. и носит название закона Ленца.
При увеличении тока в катушке электромагнита (рис. 3-25) или при сближении кольца и электромагнита увеличивается магнитный поток, пронизывающий кольцо, и в нем наводятся
э. д. с. и ток i.
По закону Ленца направление магнитного потока, созданного током i в кольце, противоположно направлению потока электромагнита, следовательно, направление индуктированного тока i легко определяется по правилу буравчика.