Закон електромагнітної індукції. Вихрове електричне поле

У першому типі ЕРС електромагнітної індукції виникає в нерухомому замкнутому провіднику при будь-якій зміні магнітного поля.

З іншого боку, відомо, що виникнення електрорушійної сили в будь ланцюга пов’язане зі сторонніми силами, що діють на заряди в цьому ланцюзі. Під сторонніми силами маються на увазі сили неелектростатичного характеру. Яка ж природа цих сил в даному випадку?

Результати різних експериментів з електромагнітної індукції показали, що ЕРС індукції не залежить ні від матеріалу провідника (метал, електроліт і т. д.), ні від його стану (наприклад, величини і розподілу температури). Звідси випливає висновок, що сторонні сили пов’язані з самим магнітним полем.

Аналіз явища електромагнітної індукції привів Дж. Максвелла до висновку, що причиною появи ЕРС індукції є електричне поле відрізняється від електростатичного поля наступними особливостями.

Закон електромагнітної індукції Вихрове електричне поле

1. Виникнення поля ніяк не пов’язано з наявністю провідників; воно існує в просторі, що оточує змінне магнітне поле, незалежно від наявності в ньому провідників; провідники є лише індикаторами поля (якщо провідник замкнений, по ньому тече струм).

2. Це поле не є електростатичним, оскільки силові лінії електростатичного поля завжди розімкнуті, вони починаються і закінчуються на зарядах, і напруга по замкнутому контуру в електростатичному полі дорівнює нулю; електростатичне поле не може підтримувати рух зарядів в замкнутому контурі, тобто призвести до виникнення ЕРС.

3. На противагу останньому індуковане змінним магнітним полем електричне поле є вихровим (як і магнітне поле); воно має замкнуті силові лінії, що призводить до виникнення ЕРС індукції, що приводить в рух заряди по замкнутим проводах.

4. На відміну від електростатичного поля, робота сил вихрового електричного поля і електричне напруга по замкнутому контуру не дорівнює нулю, а значення напруги між двома точками визначається не тільки їх взаємним становищем, але і формою контуру, що з’єднує ці точки.

Все вищевикладене дозволяє зробити висновок, що виражає перше основне положення теорії Максвелла: будь-яка зміна магнітного поля викликає появу вихрового електричного поля.

Напрямок силових ліній напруженості Закон електромагнітної індукції Вихрове електричне поле збігається з напрямком індукційного струму. Робота вихрового електричного поля при переміщенні одиничного позитивного заряду вздовж замкнутого нерухомого провідника чисельно дорівнює ЕРС індукції в цьому провіднику. Чим швидше змінюється індукція магнітного поля, тим більше напруженість індукованого електричного поля.

Вихрові струми (струми Фуко).

У масивному провіднику, що знаходиться в змінному магнітному полі, вихрове електричне поле викликає індукційний струм. Оскільки лінії напруженості Закон електромагнітної індукції Вихрове електричне поле замкнуті, то і лінії струму всередині цього масивного провідника замкнуті, тому вони називаються вихровими струмами, або струмами Фуко. У 1855 р. Ж. Б. Л. Фуко виявив нагрівання феромагнітних осердь, а також інших металевих тіл в змінному магнітному полі. Він пояснив цей ефект порушенням індукційних струмів. Фуко запропонував спосіб зменшення втрат енергії за рахунок нагрівання — виготовляти сердечники та інші магнітопроводи у вигляді пластин, розділених тонкими ізоляційними плівками, і орієнтувати поверхні цих пластин перпендикулярно вектору напруженості вихрового електричного поля (тобто, щоб вони перетинали можливі лінії вихрових струмів).

Нагрівання вихровими струмами масивних провідників використовується в індукційних печах для плавки металів і виготовлення сплавів.

ПОДІЛИТИСЯ: