§ 31. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции. В 1831 г. Фарадей провёл серию опытов, которые позволили установить следующие факты:

1) при движении постоянного магнита относительно катушки, подключённой к гальванометру, в катушке возникал электрический ток (стрелка гальванометра отклонялась). Причём направление тока изменялось на противоположное при изменении направления движения магнита. Это же явление происходило, если магнит был неподвижен, а двигали катушку (рис. 174);

2) в катушке, подключённой к гальванометру, возникал электрический ток, если относительно неё двигали другую катушку, которая была подключена к источнику постоянного тока (рис. 175);

3) если две катушки намотаны на общий каркас и одну подключали к гальванометру, а другую – к источнику тока, то ток в первой катушке возникал при изменении тока во второй (рис. 176).

Рис.
Рис. 174
Рис.
Рис. 175
Рис.
Рис. 176
Рис.
Рис. 177

Во всех рассмотренных случаях электрический ток в цепи гальванометра возникал только при изменении магнитного потока через поверхности, ограниченные витками катушки, подключённой к гальванометру (рис. 177). Причём значение силы тока, возникающего в контуре, не зависело от способа изменения магнитного потока, а определялось только скоростью его изменения. Назвали такой ток индукционным током.

Индукционный ток — электрический ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

Для существования тока в замкнутой электрической цепи необходимо, чтобы на свободные заряженные частицы действовали сторонние силы, т. е. в цепи должен быть источник ЭДС. Очевидно, что в опытах Фарадея источником этих сторонних сил являлся изменяющийся магнитный поток, который создавал в цепи ЭДС. Эту ЭДС назвали электродвижущей силой индукции или ЭДС индукции. Если цепь замкнута, ЭДС индукции создаёт индукционный ток, т. е. возникновение индукционного тока является вторичным эффектом.

Электромагнитная индукция — явление возникновения ЭДС индукции в контуре, который либо покоится в изменяющемся во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле так, что магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, меняется.

От теории к практике

1. Что изменилось бы в опытах Фарадея, если бы он использовал катушки с большим количеством витков?

2. Отличается ли электрический ток, индуцированный в проводнике, от электрического тока, создаваемого любым другим источником, например гальваническим элементом?

img

Из истории физики

Один из историков науки писал: «…работы других учёных — Кулона, Гальвани, Эрстеда, Араго, Ампера — представляли собой отдельные пики, тогда как Фарадей воздвиг “горную цепь” из взаимосвязанных работ».

img

1. Что называют магнитным потоком? Что является единицей магнитного потока в СИ?

2. Какими способами можно изменить магнитный поток через поверхность?

3. При каких условиях в замкнутом проводящем контуре возникает индукционный ток?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

Материал повышенного уровня

5. В каком случае в замкнутом проводящем прямоугольном контуре, находящемся в однородном магнитном поле, индуцируется электрический ток: а) контур движется поступательно; б) контур вращается вокруг оси, проходящей через одну из сторон? Почему?