16.Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Вихревое электрическое поле. Самоиндукция и взаимная индукция.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея – Максвелла)

ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на этот контур, т. е. .Закон электромагнитной индукции можно также записать в форме ,где _потокосцепление электрической цепи. Знак «минус» в выражении для ЭДС индукции объясняется правилом Ленца «При всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на замкнутый проводящий контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему индукционный ток». Явление электромагнитной индукции в неподвижном замкнутом проводнике объясняется тем, что переменное магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля, циркуляция напряжённости которого вдоль замкнутого проводящего контура L равна ЭДС электромагнитной индукции _вихр.d = .Явление электромагнитной индукции в проводнике, движущемся в постоянном магнитном поле, объясняется действием силы Лоренца: разделение зарядов в проводнике (т.е. создание ЭДС) производится составляющей силы Лоренца, параллельной проводнику; составляющая, перпендикулярная проводнику, тормозит его движение (поэтому необходимо прикладывать внешнюю силу для создания ЭДС). Работа силы Лоренца в целом равна нулю.

Явление самоиндукции

Самоиндукцией называется возникновение ЭДС электромагнитной индукции в электрической цепи вследствие изменения потокосцепления самоиндукции и находится по формуле ,

где _S – потокосцепление самоиндукции рассматриваемого контура.

Индуктивностью контура называется положительная скалярная величина, численно равная потокосцеплению самоиндукции контура при силе тока в контуре 1 А.Индуктивность зависит от размеров и формы контура, от магнитной проницаемости среды и в отсутствие ферромагнетиков не зависит от силы тока в контуре. L = _S / I.

Индуктивность длинного соленоида L = _^S / l = _n²V,

где  относительная магнитная проницаемость среды, заполняющей весь объём соленоида ,V = lS; l  длина соленоида, S  площадь одного витка, N  общее число витков, n  число витков, приходящихся на единицу длины соленоида.ЭДС самоиндукции .Если контур не деформируется и находится в неферромагнитной среде, то .Электродвижущая сила самоиндукции противодействует, в соответствии с правилом Ленца, изменению тока в цепи, замедляя его убывание или возрастание.

При замыкании цепи начальный ток I₀=0 и зависимость силы тока от времени имеет вид .При отключении источника ЭДС (без изменения сопротивления R цепи) ток в цепи спадает по закону , где R  эквивалентное сопротивление цепи, включенное последовательно с индуктивностью; L  индуктивность цепи;   ЭДС источника, действующего в цепи.

Графики зависимости силы тока от времени приведены на рис. 2.19 и 2.20.

Взаимная электромагнитная индукция

Взаимной индукцией называется явление возникновения ЭДС электромагнитной индукции в одной электрической цепи при изменении электрического тока в другой цепи или при изменении взаимного расположения этих двух цепей.ЭДС взаимной индукции, возникающая во второй цепи вследствие изменения потокосцепления ₂₁ взаимной индукции этой цепи и другой (первой) цепи с током, рассчитывается по формуле .Потокосцепление ₂₁ обусловлено магнитным полем тока I₁ в первой цепи и, при прочих равных условиях, пропорционально силе тока I_{1 ,}_ L₂₁I₁,

где L₂₁  взаимная индуктивность второго и первого контуров (цепей). В отсутствие ферромагнетиков она зависит от размеров и формы контуров, их взаимного расположения, магнитной проницаемости среды и не зависит от силы тока. Если контуры находятся в неферромагнитной среде, то L₁₂ = L₂₁. Если L₁₂=L₂₁=const, то ЭДС взаимной индукции и .