Электромагнитная индукция

Фарадей экспериментально обнаружил: при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает электрический ток. Это явление было названо электромагнитной индукцией.

Опыты Фарадея:

1. Катушка, включенная в цепь источника тока вставлена в другую катушку, подключенную к амперметру. При замыкании и размыкании цепи внутренней катушки во внешней катушке возникает индукционный ток. Затем с помощью опытов Фарадей доказал, что ток возникает и при перемещении катушек друг относительно друга.

2. Перемещая вдоль катушки постоянный магнит вниз, увидим, что, пока магнит движется, стрелка гальванометра отклоняется, т. е. в катушке возникает электрический ток. Как только магнит останавливается, ток исчезает. При движении магнита в обратном направлении — вверх — электрический ток в катушке возникает вновь, но направление тока противоположно первому.

После многочисленных опытов Фарадей установил, что в замкнутых проводящих контурах электрический ток возникает лишь в тех случаях, когда они находятся в переменном магнитном поле, независимо от того, каким способом достигается изменение потока индукции магнитного поля во времени. Ток, возникающий при явлении электромагнитной индукции, называют индукционным током. Строго говоря, при движении контура в магнитном поле генерируется не определенный ток (который зависит от сопротивления), а определенная ЭДС.

Переменное магнитное поле порождает наведенное (индуцированное) электрическое поле. Ели магнитное поле постоянно, то индуцированного электрического поля не возникнет. Следовательно, индуцированное электрическое поле не связано с зарядами и его силовые линии замкнуты сами на себя. Это означает, что индуцированное электрическое поле является вихревым. Если неподвижный проводник поместить в переменное магнитное поле, то в нем индуцируется ЭДС.

Сущность явления электромагнитной индукции заключается не столько в появлении индуцированного тока, сколько в возникновении вихревого электрического поля. Индуцированное электрическое поле является непотенциальным, так как работа, совершаемая в индуцированном электрическом поле, при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции, а не нулю. Направление вектора напряженности вихревого электрического поля устанавливается в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея и правилом Ленца.

Если массивный проводник, сопротивление которого мало, движется в магнитном поле, то в нем возникают короткозамкнутые индуцированные токи. Эти токи, сила которых может достигать больших значений, являются вихревыми. Открыл и изучил эти токи французский физик Ж. Фуко, по имени которого они и названы (токи Фуко). Сила вихревого тока зависит от формы куска металла, движущегося в магнитном поле, от свойств материала, из которого он выполнен, и от скорости изменения магнитного потока. Вихревые токи возникают и в неподвижных проводниках, помешенных в переменное магнитное поле. Свойство вихревых токов нагревать проводники используют в индукционных печах для сильного нагревания или даже плавления металлов.