Электромагнитная индукция. Природа сторонних сил

Помещенный в однородное магнитное поле замкнутый проводящий контур с током подвергается деформации. Существует и обратное явление: возникновение тока в контуре, деформирующемся в магнитном поле. Это явление экспериментально было обнаружено в 1831г. Фарадеем. Ток, возбуждаемый магнитным полем в замкнутом контуре – индукционный ток. Явление возбуждения тока магнитным полем – электромагнитная индукция. Электродвижущая сила, обуславливающая индукционный ток – электродвижущая сила (ЭДС) индукции.

В результате опытов Фарадей пришел к выводам:

1) в замкнутом контуре индуцируется ток во всех случаях, когда происходит изменение потока магнитной индукции через площадь, ограниченную контуром.

2) величина ЭДС индукции (εi) пропорциональна скорости изменения потока магнитной индукции ().

В 1833г. Э.Х. Ленц установил общее правило для определения направления индукционного тока – правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что его собственное магнитное поле компенсирует изменение потока магнитной индукции, вызывающее этот ток. Во всех случаях электромагнитной индукции происходит превращение энергии из одних видов в другие: механическая – магнитная – электрическая – тепловая.

Рис. 6. К определению ЭДС индукции

– закон Фарадея: электродвижущая сила электромагнитной индукции численно равна скорости изменения потока магнитной индукции через площадь ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком. Знак минус показывает, что ЭДС индукции направлена так, что вектор индукции магнитного поля индукционного тока препятствует изменению потока магнитной индукции в соответствии с правилом Ленца.

Природа ЭДС индукции:

1) в случае движения контура в магнитном поле – сила Лоренца;

2) в случае неподвижного контура в переменном магнитном поле – переменное магнитное поле создает в пространстве переменное электрическое поле (вихревое электрическое поле), которое и производит разделение зарядов в проводящем контуре, создавая переменную разность потенциалов, равную ЭДС индукции.

Индукционные токи возникают не только в линейных (проволочных) контурах, но и в массивных сплошных проводниках, пронизываемых изменяющимся магнитным полем – это токи Фуко. Это вихревые токи, замыкающиеся в толще самого проводника, проходя в плоскостях, перпендикулярных потоку магнитной индукции. Так как электрическое сопротивление массивного проводника невелико, то токи Фуко могут достигать большой величины, вызывая значительное нагревание проводника. Поэтому токи Фуко используют для плавки металлов в специальных электропечах. Для уменьшения тепловых потерь сердечники трансформаторов изготавливают из листового железа или из ферритов – материалов с высоким сопротивлением.