Конспект № 3/1.1

Изменяющийся магнитный поток, созданный посторонним по отношению к контуру (катушке, проводнику) источником магнитного поля, возбуждает в этом контуре ЭДС индукции.

Экспериментальные установки, позволившие зафиксировать явление и установить закон электромагнитной индукции, имели одну общую особенность: в них присутствовала индикаторная цепь, состоящая из проволочной катушки, замкнутой на чувствительный электроизмерительный прибор. Магнитный поток, пронизывающий индикаторную цепь, изменялся различными способами либо с помощью постоянного магнита, либо с помощью электромагнита находящегося рядом с индикаторной катушкой.

Вероятно, если взять только один проводящий контур и пропустить по нему изменяющийся электрический ток, этот ток создаст изменяющееся магнитное поле, в котором будет находиться сам контур. Следовательно, поскольку через контур проходит изменяющийся магнитный поток, в контуре должны появиться электродвижущая сила индукции и индукционный ток.

Согласно этой гипотезе индукционные процессы должны протекать в том же самом контуре, в котором изменяется протекающий по нему электрический ток, явление можно было бы назвать явлением самоиндукции, а возникающую ЭДС электродвижущей силой самоиндукции E_si.

Электрический ток в контуре, прежде всего, будет изменяться при включении и выключении источника тока.

При нарастании тока в цепи, магнитный поток, созданный им, будет увеличиваться. Что согласно правилу Ленца, возникло противодействие нарастающему магнитному потоку, в цепи должен возникнуть индукционный ток, направленный противоположно току, созданному источником, включенным в цепь.

Соответственно, при уменьшении силы тока в цепи, магнитный поток, созданный им, будет уменьшаться. Чтобы, согласно правилу Ленца, возникло противодействие уменьшающемуся магнитному потоку, в цепи должен возникнуть индукционный ток, сонаправленный с током, созданным источником, включенным в цепь.

Таким образом, и в том, и в другом случае, магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется за счет изменения силы тока, протекающего через него. Чтобы перейти к знаку равенства, в правой части приведенного выражения необходимо поставить коэффициент пропорциональности. Обозначим его буквой L и назовем индуктивностью. С учетом новых выражений для магнитного потока, закон электромагнитной индукции для случая самоиндукции, при условии, что индуктивность цепи остается постоянной, можно записать в таком виде: .

Индуктивность, по всей видимости, должна зависеть от параметров контура: его конфигурации, геометрических размеров, среды, заполняющей контур, числа витков.

Таким образом, при включении и выключении электрической цепи следует ожидать существования следующих индукционных эффектов (выраженных тем ярче, чем больше индуктивность цепи):

1. При замыкании электрической цепи, ток в ней должен принимать максимальное значение не мгновенно, а спустя некоторое время.

2. При размыкании электрической цепи можно добиться того, что ЭДС самоиндукции значительно превысит ЭДС источника тока.

3. Размыкая и замыкая магнитную цепь, т.е. меняя индуктивность, можно добиться таких же результатов, как и при замыкании и размыкании электрической цепи.

Пронаблюдать эти эффекты можно на следующих установках.

Соберем электрическую цепь, в которой параллельно соединены две одинаковые лампы. Одну из них подключим к источнику через резистор, а вторую – последовательно с катушкой с железным сердечником. Сопротивление реостата равно сопротивлению проволоки, из которой изготовлена катушка. Реостат необхо­дим для уравнивания накала лампочек, так как они одновременно могут подклю­чаться к источнику тока.

При включении источника тока, лампочка, включенная последова­тельно с катушкой, загорается со значительным запозданием по срав­нению с лампочкой, включенной последовательно с реостатом. Индукционные эффекты, возникающие в цепях с большими индуктивностями, при их замыкании и размыкании, находят очень широкое применение. Одним из приборов, где используется эффект размыкания электрической цепи, является индукционная катушка.

Подключим к источнику тока па­раллельно соединенные проволочную ка­тушку с замкнутым стальным сердечни­ком и электролампочку. Установим в цепи такое напряжение, чтобы лампочка горела неполным накалом. При размыка­нии цепи, соединяющей катушку с источником тока, в катушке возникает ЭДС, значительно превышающая ЭДС источника тока, о чем свидетельствует яркая вспышка лампочки. На второй установке можно пронаблюдать и эффекты, возникающие при замыкании и размыкании магнитной цепи. Катушки с большой индуктивностью позволяют получить ЭДС самоиндукции, значительно превышающую напряжение осветительной сети и тем самым зажечь люминесцентные лампы дневного света.