Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции. Сила Ленца

Закон электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Правило Ленца

Исторически сложилось так, что явление электромагнитной индукции сначала было открыто экспериментальным путем. В 1831 году выдающийся английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей нашел, что при изменении величины магнитного потока сквозь поверхность, которая ограничена замкнутым контуром проводника, в этом проводнику возникает электрический ток. Если же электрический контур разомкнут, то в нем, при тех же условиях, возникает ЕРС электромагнитной индукции. Магнитный поток сквозь перерез катушки можно было изменять разными способами: изменяя индукцию магнитного поля; изменяя площадь перереза катушки; изменяя ориентацию катушки в магнитном поле (угол).

Однако результат каждый раз был тем же гальванометр (амперметр) показывал наличие току в кругу. Если же к концам катушки подключали вольтметр, то он регистрировал присутствие ЕРС. Фарадей назвал такой ток индукционным током (индукционной ЕРС, если контур был разомкнут). Закон Фарадея связывает индукционную ЕРС, что возникает в контуре, со скоростью изменения магнитного потока. Чем быстрее изменяется магнитный поток сквозь контур, тем большая индукционная ЕРС в нем приводится.

Отрицательный знак в формуле связан с так называемым правилом Ленца. Индукционный ток, как всякий другой ток, создает в пространстве вокруг себя собственное магнитное поле. Это поле направлено так, если бы ослаблять, сдерживать изменение того магнитного поля, которое вызывает индукционный ток. Последнее утверждение известно как правило Ленца касательно напрямую индукционного тока и его магнитного поля. Эксперименты Фарадея, впрочем, являются лишь одним из проявлений общего явления электромагнитной индукции. Электромагнитной индукцией является возникновение переменного вихревого электрического поля под действием переменного магнитного поля.

Индукционное электрическое поле существенно отличается от стационарного электрического поля неподвижных зарядов. В первую очередь оно является вихревым, то есть его силовые линий замкнутые сами на себя подобно силовым линиям вихревого магнитного поля. Следовательно, вихревое электрическое поле, которое возникает во время электромагнитной индукции, не имеет источников и стоков, как электрическое поле статичных электрических зарядов. Вихревое электрическое поле порождается лишь переменным магнитным полем.

Стационарное (неизменное во времени) магнитное поле не может порождать вихревых электрических полей. Вихревое электрическое поле может вызывать вихревые электрические токи в электропроводных средах. Такие вихревые токи имеют название токов Фуко. Симметрия электромагнитного поля проявляется также в том, что и переменное электрическое поле также порождает переменное магнитное поле. Это явление экспериментально продемонстрировал Ейхенвальд в опыте с магнитной стрелкой, размещенной между обложками конденсатора, который разряжали через внешний круг.