Закон електромагнітної індукції Фарадея

Ми досить докладно розглянули три різних, на перший погляд, варіанта явища електромагнітної індукції, виникнення електричного струму в провідному контурі під дією магнітного поля: при русі провідника в постійному магнітному полі; при русі джерела магнітного поля; при зміні в часі магнітного поля. У всіх цих випадках закон електромагнітної індукції однаковий:

ЕРС електромагнітної індукції в контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через контур, взятої з протилежним знаком незалежно від причин, що призводять до зміни цього потоку.

Уточнимо деякі деталі наведеної формулювання.

Перше. Магнітний потік через контур може змінюватися довільним чином, тобто функція Φ (t) не зобов’язана завжди бути лінійною, а може бути будь-хто. Якщо магнітний потік змінюється за лінійним законом, то ЕРС індукції в контурі постійна, в цьому випадку величина інтервалу часу Δt може бути довільною, значення відносини (1) в цьому випадку не залежить від величини цього інтервалу. Якщо ж потік змінюється більш складним чином, то величина ЕРС не є постійною, а залежить від часу. У цьому випадку розглянутий інтервал часу слід вважати нескінченно малим, тоді відношення (1) з математичної точки зору перетворюється на похідну від функції магнітного потоку за часом. Математично цей перехід повністю аналогічний переходу від середньої до миттєвої швидкості в кінематиці.

Друге. Поняття потоку векторного поля застосовується лише до поверхні, тому необхідно уточнювати про якій поверхні йдеться у формулюванні закону. Однак, потік магнітного поля через будь-яку замкнену поверхню дорівнює нулю. Тому для двох різних поверхонь, що спираються на контур магнітні потоки однакові. Уявіть собі потік рідини, що випливає з отвору. Яку б ви не вибрали поверхню, межею якого є кордону отвори, потоки через них будуть однакові. Тут доречна ще одна аналогія: якщо робота сили по замкнутому контуру дорівнює нулю, то робота цієї сили не залежить від форми траєкторії, а визначається тільки її початковою і кінцевою точками.

Третє. Знак мінус у формулюванні закону має глибокий фізичний зміст, фактично він забезпечує виконання закону збереження енергії в цих явищах. Цей знак є виразом правила Ленца. Мабуть, це єдиний випадок у фізиці, коли один знак удостоївся власного імені.

Як ми показали, у всіх випадках фізична сутність явища електромагнітної індукції однакова і стисло формулюється наступним чином: змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле. З цією, польовий, точки зору закон електромагнітної індукції виражається через характеристики електромагнітного поля: циркуляція вектора напруженості електричного поля по будь-якому контуру дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через цей контур

У цьому трактуванні явища істотно, що вихрове електричне поле виникає при зміні магнітного поля, незалежно від того, чи є реальний замкнутий провідник (контур), в якому виникає струм чи ні. Це реальний контур може грати роль приладу, для виявлення індукованого поля.

Нарешті, ще раз підкреслимо – електричні і магнітні поля відносні, тобто їх характеристики залежать вибору системи відліку, в якій дається їх опис. Однак, це свавілля у виборі системи відліку, у виборі способу опису не приводить до яких-небудь суперечностей. Вимірювані фізичні величини інваріантні, не залежать від вибору системи відліку. Наприклад, сила, що діє на заряджене тіло з боку електромагнітного поля, не залежить від вибору системи відліку. Але при її описі в одних системах вона може трактуватися як сила Лоренца, в інших до неї може «додаватися» електрична сила. Аналогічно (навіть як наслідок) ЕРС індукції в контурі (сила індукованого струму, кількість виділилася теплоти, можлива деформація контуру і т.д.) не залежать від вибору системи відліку.

Як завжди надається свободою вибору можна і необхідно користуватися – завжди є можливість вибрати той метод опису, який вам більше подобається – як найбільш простий, найбільш наочний, найбільш звичний і т.д.

Посилання на основну публікацію