Фізика електромагнітної індукції

Дослід Ерстеда довів, що електричний струм створює в навколишньому просторі магнітне поле. Майкл Фарадей прийшов до думки, що може існувати і зворотний ефект: магнітне поле, в свою чергу, породжує електричний струм.
Іншими словами, нехай в магнітному полі знаходиться замкнутий провідник; чи не буде в цьому провіднику виникати електричний струм під дією магнітного поля?
Через десять років пошуків та експериментів Фарадею нарешті вдалося цей ефект виявити. У 1831 році він поставив наступні досліди.
1. На одну і ту ж дерев’яну основу були намотані дві котушки; витки другої котушки були прокладені між витками першої та ізольовані. Висновки першого котушки підключалися до джерела струму, висновки другої котушки – до гальванометру42. Таким чином, виходили два контури: «джерело струму – перша котушка» і «друга котушка – гальванометр». Електричного контакту між контурами не було, тільки лише магнітне полі першої котушки пронизувало другу катушку.
При замиканні ланцюга першого котушки гальванометр реєстрував короткий і слабкий імпульс струму в другій котушці.
Коли по першій котушці протікав постійний струм, ніякого струму в другій котушці не виникало.
При розмиканні ланцюга першого котушки знову виникав короткий і слабкий імпульс струму в другій котушці, але цього разу у зворотному напрямку в порівнянні з струмом при замиканні ланцюга.
Висновок.
Мінливе в часі магнітне полі першої котушки породжує (або, як кажуть, індукує) електричний струм в другій котушці. Цей струм називається індукційним струмом.
Якщо магнітне полі першої котушки збільшується (у момент наростання струму при замиканні ланцюга), то індукційний струм в другій котушці тече в одному напрямку.
Якщо магнітне полі першої котушки зменшується (у момент убування струму при розмиканні ланцюга), то індукційний струм в другій котушці тече в іншому напрямку.
Якщо магнітне полі першої котушки не змінюється (постійний струм через неї), то індукційного струму в другій котушці немає.
Виявлене явище Фарадей назвав електромагнітної індукцією (т. Е. «Наведення електрики магнетизмом»).
2. Для підтвердження здогадки про те, що індукційний струм породжується змінним магнітним полем, Фарадей переміщував котушки один щодо одного. Ланцюг першого котушки весь час залишалася замкнутою, по ній протікав постійний струм, але за рахунок переміщення (зближення або видалення) друга котушка опинялася в змінному магнітному полі першої котушки.
Гальванометр знову фіксував струм в другій котушці. Індукційний струм мав один напрямок при зближенні котушок, й інше – при їх видаленні. При цьому сила індукційного струму була тим більше, чим швидше переміщалися котушки.
3. Перша котушка була замінена постійним магнітом. При внесенні магніту всередину другої котушки виникав індукційний струм. При висуванні магніту знову з’являвся струм, але в іншому напрямку. І знову-таки сила індукційного струму була тим більше, чим швидше рухався магніт.
Ці та наступні досліди показали, що індукційний струм в провідному контурі виникає у всіх тих випадках, коли змінюється «кількість ліній» магнітного поля, що пронизують контур. Сила індукційного струму виявляється тим більше, чим швидше змінюється це кількість ліній. Напрямок струму буде одним при збільшенні кількості ліній крізь контур, і іншим – при їх зменшенні.
Чудово, що для величини сили струму в даному контурі важлива лише швидкість зміни кількості ліній. Що конкретно при цьому відбувається, ролі не грає – чи змінюється саме поле, що пронизує нерухомий контур, або ж контур переміщається з області з одного густотою ліній в область з іншого густотою.
Така суть закону електромагнітної індукції. Але, щоб написати формулу і проводити розрахунки, потрібно чітко формалізувати розпливчасте поняття «кількість ліній поля крізь контур».

Посилання на основну публікацію