5.2.5.2. Правило Ленца

Поместим на острие подставки коромысло с одинаковыми алюминиевыми кольцами, одно из которых имеет разрез. Опыт показывает, что при введении магнита (любым полюсом) в сплошное кольцо, оно отталкивается от магнита, а при выведении – притягивается. Кольцо с разрезом на движение магнита не реагирует. Этот опыт подтверждает идею наведения тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока. По взаимодействию поля магнита и индукционного тока в кольце можно определить направление тока.

Ленц обнаружил, что направление индукционного тока в контуре зависит от: 1) направления поля 2) знака изменения магнитного потока Ф через контур («+» – если Ф возрастает, «–» – убывает). В 1833 году он сформулировал правило, известное, как правило Ленца: индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток сквозь поверхность, охватываемую контуром, стремится компенсировать изменение магнитного потока, вызывающего данный ток.

5.2.5.3. Закон электромагнитной индукции

Из опытов известно, что значение наведённой в контуре ЭДС равно модулю скорости изменения магнитного потока: . Согласно правилу Ленца, магнитное поле индукционного тока препятствует изменению магнитного потока, поэтому формула приняла вид: и был сформулирован закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции, возникающая в контуре, равна скорости изменения магнитного потока (через поверхность, ограниченную данным контуром), взятой с обратным знаком.

• Если катушка содержит N витков (контуров), то .

Если в контуре возникает ЭДС, то, зная сопротивление R контура, можно вычислить ток: .

5.2.5.4. Понятие об электромагнитной теории Максвелла. Относительный характер электрических и магнитных полей

Магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды. Контур и находящиеся в нём электроны неподвижны, т. е. на них изменение магнитного поля действовать не должно. Механизм возникновения индукционного тока непонятен, т.к. на неподвижные заряды должно действовать электрическое поле (а не магнитное), но источника электрического поля нет.

Джеймс Максвелл (1831–1879, Англия) разработал теорию электромагнитного поля, где объяснил данное явление. Он развил идею Фарадея о существовании поля, дал ей хорошее математическое описание и показал, что переменное магнитное поле всегда порождает переменное (вихревое) электрическое поле (приводящее в движение электрические заряды в проводнике), которое, в свою очередь, порождает вихревое магнитное поле и т. д., причём, этот процесс происходит как в веществах, так и в вакууме.

Таким образом, электрическое и магнитное поля – две стороны одного вида материи, который Максвелл назвал электромагнитным полем (ЭМП).

Он показал, что ЭМП – движущееся поле, заложил основу теории распространения электромагнитных волн (ЭМВ) и рассчитал, что скорость их распространения должна равняться скорости света. Это привело учёных к выводу, что свет – электромагнитная волна. Блестящее подтверждение электромагнитной теории Максвелла дал Генрих Герц (1857–1894, Германия), экспериментально открыв ЭМВ.

Наличие электрического и магнитного полей зависит от выбора системы отсчёта (СО). Пусть, например, в подвижной СО покоится электрический заряд q. Тогда в ней будет фиксироваться наличие электрического поля. В неподвижной же СО (относительно которой подвижная перемещается) будут фиксироваться как электрическое, так и магнитное поля. Аналогично, если относительно одной из СО покоится магнит, то в ней фиксируется только магнитное поле, в другой же (относительно которой данная СО движется) фиксируется наличие обоих полей. Следовательно, электрическое и магнитное поля имеют относительный характер.