Вопрос 2.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем в 1831 г. В проводе, который при движении в магнитном поле пересекает магнитные линии, возбуждается электродвижущая сила, получившая название ЭДС электромагнитной индукции, а само явление названо электромагнитной индукцией.   На рис. показан провод, движущийся с постоянной скоростью v в однородном поле перпендикулярно вектору магнитной индукции В и оси провода. При движении провода свободные электроны провода перемещаются с той же скоростью v. Следовательно, на каждую заряженную частицу действует сила  Лоренца F₀  ( направление определяется правилом левой руки) , под действием которой происходит разделение зарядов  и возникает электрическое поле с напряженностью Е. На одном конце провода образуется избыток электронов( заряд отрицательный ), на другом конце -  недостаток электронов  соответствует положительному заряду.  Разделение зарядов прекратится, когда электромагнитные силы уравновесятся силами электрического поля F, созданного разделенными зарядами в проводе, т. е. кулоновскими силами. F0= qvB, F = qЕ= qU/L, где q - заряд электрона, U- разность потенциалов на концах проводника (напряжение), L- длина проводника. Из равенства этих сил  получаем, что  U=vBL. Разделение зарядов, происходящее под действием электромагнитных сил, можно рассматривать как результат действия ЭДС электромагнитной индукции. Если концы провода не замкнуты, то напряжение между ними равно ЭДС  Еинд. Наведенная в прямолинейном проводе, перемещающемся перпендикулярно линиям магнитной индукции, ЭДС электромагнитной индукции пропорциональна магнитной индукции поля, длине провода и скорости его движения. Еинд=vBL Это первая формулировка закона электромагнитной индукции.   Направление наведенной ЭДС определяется правилом правой   руки. Ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в нее,  отогнутый под прямым углом большой палец совмещают с направлением движения проводника,  вытянутые четыре пальца   указывают направление индуктированной ЭДС . Если вектор скорости v движения проводника в магнитном поле составляет с вектором магнитной индукции В произвольный угол α, то Еинд=vBL sinα. Если замкнуть концы провода с наводимой в нем ЭДС , возникнет электрический ток I= Еинд/R, где  R — сопротивление цепи. Так как направление тока в проводе совпадает с направлением наведенной ЭДС, то его можно определить, пользуясь правилом правой   руки. Вторая формулировка закона электромагнитной индукции: ЭДС электромагнитной индукции равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур: е= - dФ/dt. Направления наведенной ЭДС и тока определяется правилом Ленца: ток, возникающий в контуре под действием наведенной ЭДС, всегда направлен таким образом, что противодействует изменению магнитного потока, пронизывающего контур.        ЭДС, наведенная в контуре, не зависит от материала контура. Уравнение распространяют на любые замкнутые контуры,  которые можно  выделить и в проводящей среде, и в диэлектрике. ЭДС индукции в катушке. Если в последовательно соединенных контурах происходят одинаковые изменения магнитного потока, то ЭДС индукции в них равна сумме ЭДС индукции в каждом из контуров. Поэтому при изменении магнитного потока в катушке, состоящей из n одинаковых витков провода, общая ЭДС индукции в n раз больше ЭДС индукции в одиночном контуре:

 Закон электромагнитной индукции

Обобщая результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к количественному закону электромагнитной ин­дукции. Он показал, что всякий раз, когда происходит изменение сцеплённого с контуром потока магнитной индукции, в контуре возникает индукционный ток; возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой электродвижущей силой электромагнитной индукции. Значение индукционного тока, а следовательно, и Э. Д. С. электромагнитной индукции, определяются только скоростью изменения магнитного потока, т. е. . Теперь необходимо выяснить знак  . Известно, что знак магнитного потока зависит от выбора положительной нормали к контуру. В свою очередь, положительное направление нормали связано с током правилом правого винта. Следовательно, выбирая определенное положительное направление нор­мали, мы определяем как знак потока магнитной индукции, так и направление тока и Э. Д. С. в контуре. Пользуясь этими представлениями и выводами, можно соответственно прийти к формулировке закона электромагнитной индукции Фарадея: какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре Э. Д. С. Знак минус показывает, что увеличение потока    вызывает Э. Д. С.  ‹0, т. е. поле индукционного тока направлено навстречу потоку; уменьшение потока вызывает  ›0, т. е. направления потока и поля индукционного тока совпадают. Знак минус в формуле является математическим выражением правила Ленца — общего правила для нахождения направления индукционного тока, выведенного в 1833 г. Правило Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного по­тока, вызвавшего этот индукционный ток.

Б-28