Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца

Ампер А., исследуя действие проводников с током друг на друга и на постоянные магниты, пришел к выводу об электродинамической природе магнетизма. В связи с этим он впервые предложил разбить все учение об электрических и магнитных явлениях на две части: электростатику и электродинамику. Идеи Ампера были очень холодно приняты его современниками. Английский физик М. Фарадей был сторонником теории Ампера. Он считал, что между электрическими и магнитными явлениями существует тесная взаимосвязь. Ампер А., Био Ж., Савар Ф., Лаплас П. выяснили лишь одну сторону этой взаимосвязи, а именно магнитное действие тока. Фарадей М. считал необходимым исследовать электрическое действие магнитного поля. При этом он исходил из следующего: если электрические и магнитные явления взаимосвязаны и вокруг проводника с током возникает магнитное поле, то естественно ожидать, что должно иметь место и обратное явление – возникновение электрического тока в замкнутом проводнике под действием магнитного поля.

Первые опыты с проводником, помещенным в магнитном поле постоянного тока, не дали положительных результатов. Только в 1831 г. после 10 лет упорных поисков Фарадею удалось, наконец, решить задачу, которую он поставил перед собой, и осуществить опыт, имевший огромное значение для дальнейшего развития физики и техники. Из многочисленных опытов Фарадея особый интерес представляют опыты, схемы которых приведены на рисунке 85.1.

Гальванометр, подключенный к катушке, показывает наличие тока в следующих случаях:

1) при перемещении магнита относительно катушки L;

2) при перемещении катушки с током относительно катушки ;

3) при замыкании и размыкании ключа в цепи катушки ;

4) при изменении силы тока в цепи при помощи реостата R;

5) при деформации витков катушек или .

Вывод из опытов: в катушке возникает ток при всяком изменении магнитного потока через витки катушки.

Явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром, называется электромагнитной индукцией, а возникающий ток – индукционным током. Для создания тока в цепи необходимо наличие ЭДС. Поэтому явление электромагнитной индукции свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока Ф в контуре возникает ЭДС индукции . Опытами установлено, что числовое значение не зависит от способа, которым вызывается изменение потока Ф, а определяется только скоростью изменения магнитного потока . Чем больше скорость изменения магнитного поля, пронизывающего контур, тем больше возникающая в нем ЭДС индукции.

Таким образом, из опытов следует, что ~ .

Для каждого случая возникновения индукционного тока Фарадей М. указывал его направление. В 1834 г. русский физик Э. Х. Ленц установил общее правило для нахождения направления индукционного тока, называемое правилом Ленца. Правило гласит: индукционный ток возникает такого направления, что его магнитное поле стремится препятствовать изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток, или индукционный ток направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Рассмотрим правило Ленца в некоторых опытах.

1. Магнит приближается северным полюсом к замкнутому контуру. Тогда противоположно (рис. 85.2). По направлению определим направление индукционного тока .

Открытие явления электромагнитной индукции имело огромное научное и техническое значение. Была установлена взаимосвязь электрических и магнитных явлений. На этом явлении основано действие промышленных генераторов тока и других устройств, без которых современное развитие электротехники было бы невозможно.