ЕРС індукції. Закон електромагнітної індукції

Вище розглянуті досліди показали, що в замкнутому контурі виникає індукційний струм при зміні магнітного потоку, який пронизує поверхню, обмежену контуром. Як відомо, струм в провіднику виникає в тому випадку, якщо на вільні заряди провідника діють сторонні сили. Роботу цих сил при переміщенні одиничного заряду уздовж замкнутого провідника називають електрорушійної силою. Отже, при зміні магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, в ньому з’являються сторонні сили (природу їх з’ясуємо нижче: ЕРС індукції в рухомих провідниках), дія яких характеризується ЕРС, званої ЕРС індукції.

Як показує досвід, значення індукційного струму (а значить, і) не залежить від причини зміни магнітного потоку (чи змінюється площа, обмежена контуром, або його орієнтація в просторі, чи змінюється індукція магнітного поля при переміщенні його джерел або за рахунок зміни середовища і т .буд.). Суттєве значення має лише швидкість зміни магнітного потоку (так, стрілка гальванометра в дослідах Фарадея відхиляється тим більше, чим швидше вдвигается магніт в котушку).

Закон Фарадея для електромагнітної індукції

Ця формула виражає закон Фарадея для електромагнітної індукції: середнє значення ЕРС індукції в провідному контурі пропорційно швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежений ву контуром. Миттєве значення ЕРС індукції одно взятої з протилежним знаком першої похідної від магнітного потоку за часом, тобто

Миттєве значення ЕРС індукції

Знак “-” враховує правило Ленца, згідно з яким при збільшенні магнітного потоку ЕРС індукції негативна і, навпаки, при зменшенні магнітного потоку ЕРС індукції позитивна.

Сила індукційного струму в замкнутому контурі розраховується за законом Ома

де R – опір контуру.

Індукційний струм виникає не тільки в лінійних провідниках, але і в масивних суцільних провідниках, поміщених в змінне магнітне поле. Відповідно до закону електромагнітної індукції будь-які зміни магнітного потоку, що пронизує провідне тіло, супроводжуються виникненням у ньому індукційних струмів. Ці струми виявляються замкнутими в товщі провідника і тому називаються вихровими (а також струмами Фуко). Струми Фуко, як і індукційні струми в лінійних провідниках, підкоряються правилу Ленца: їх магнітне поле направлено так, щоб протидіяти зміні магнітного потоку, що індукує вихрові струми. Струми Фуко можна виявити на досвіді з маятником (провідної пластиною), що коливається в зазорі між полюсами електромагніту. До включення маятник здійснює практично незгасаючі коливання. При пропущенні струму через котушку електромагніту маятник відчуває сильне гальмування і дуже швидко зупиняється. Гальмування маятника пояснюється дією магнітного поля на індукційні струми, що виникають в пластині при її русі в магнітному полі. Якщо в пластині зробити розрізи, то вихрові струми послаблюються і гальмування майже відсутня. Цей факт гальмування використовується для заспокоєння рухомих частин різних приладів.

Струми Фуко викликають нагрівання провідників (якоря генераторів і сердечників трансформаторів), що виділяється струмами Фуко теплота використовується в індукційних металургійних печах і в інших випадках.

За законом Фарадея (1) визначається ЕРС індукції, що виникає і в рухомому провіднику, і в нерухомому (див. Досліди, описані в розділі Електромагнітна індукція). Але механізм походження ЕРС індукції в цих випадках різний.

Посилання на основну публікацію