Явление электромагнитной индукции

Презентация на тему: » « Электромагнитная индукция ».. Содержание : 1.История открытия явления электромагнитной индукции 2.Опыты Фарадея 3.Понятие явления электромагнитной индукции.» — Транскрипт:

1

« Электромагнитная индукция ».

2

Содержание : 1. История открытия явления электромагнитной индукции 2. Опыты Фарадея 3. Понятие явления электромагнитной индукции 4. Закон электромагнитной индукции 5. Правило Ленца 6. Определение направления индукционного тока 7.Применение.

3

История открытия электромагнитной индукции. Открытия Ганса Кристиана Эрстеда и Андре Мари Ампера показали, что электричество обладает магнитной силой. Влияние магнитных явлений на электрические было открыто Майклом Фарадеем. Ганс Кристиан Эрстед Андре Мари Ампер

4

Майкл Фараде́й ( ) «Превратить магнетизм в электричество»- записал он в своём дневнике в 1822 году. Английский физик, основоположник учения об электромагнитном поле, иностранный почетный член Петербургской Академии Наук (1830).

5

29 августа 1831 года Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции — явление, которое легло в основу электротехники.

6

Описание опытов Майкла Фарадея На деревянный брусок намотаны две медные проволоки. Одна из проволок была соединена с гальванометром, другая – с сильной батареей. При замыкании цепи наблюдалось внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и то же самое действие замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удалось обнаружить отклонения стрелки гальванометра

7

Описание опытов Майкла Фарадея Другой опыт заключался в регистрации всплесков тока на концах катушки, внутрь которой вставлялся постоянный магнит. Такие всплески Фарадей назвал «волнами электричества»

8

Описание опытов Майкла Фарадея Таким образом, Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает так называемый индукционный ток. (Индукция, в данном случае, — появление, возникновение).

9

Электромагнитная индукция – физическое явление, заключающееся в возникновении вихревого электрического поля, вызывающего электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.

10

ЭДС индукции ЭДС индукции, вызывающая всплески тока («волны электричества») зависит не от величины магнитного потока, а от скорости его изменения.

11

ЭДС индукции Электродвижущая сила (ЭДС), возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

12

ЭДС индукции Величина электродвижущей силы не зависит от того, что является причиной изменения потока изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.

13

ЭДС индукции Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

14

Закон электромагнитной индукции Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея Е = — dФ/dt Е — ЭДС, действующая вдоль произвольно выбранного контура, В Ф – магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур, Вб

15

Закон электромагнитной индукции ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

16

Закон электромагнитной индукции Е = — dФ/dt Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э. Х. Ленцаправило ЛенцаЭ. Х. Ленца

17

Правило Ленца Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором возникает противодействие причинам, его породившим. Эмилий Христианович Ленц 1804 – 1865 г.г., академик, ректор Петербургского Университета

18

1. Определить направление линий индукции внешнего поля В (выходят из N и входят в S). 2.Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур (если магнит вдвигается в кольцо, то Ф>0, если выдвигается, то Ф

19

3. Определить направление линий индукции магнитного поля В, созданного индукционным током (если Ф>0, то линии В и В направлены в противоположные стороны; если Ф

20

Практическое применение закона электромагнитной индукции 1. Производство электрической энергии; 2.Радиотехника; 3. Преобразование Электрического тока.

21

Вопросы Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Кто является основоположником этого закона? Что такое индукционный ток и как определить его направление? От чего зависит величина ЭДС индукции? Принцип действия каких электрических аппаратов основан на законе электромагнитной индукции?

22

Используемые ресурсы

23

Спасибо за внимание!

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.

Майкл Фарадей провел ряд опытов, которые помогли открыть явление электромагнитной индукции.

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки: витки первой катушки были расположены между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется вдвигается (выдвигается) относительно катушки

Вот, что показали эти опыты:

1. Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.
2. Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении.
3. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Почему возникает индукционный ток? Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна ЭДС. Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Применение явления

Значение закона Фарадея трудно недооценить, понимая, в каких целях он используется на практике. Вся электрическая промышленность построена на реализации открытия учёного. Одним из устройств использующего принцип возникновения ЭДС за счёт движения замкнутого проводника в магнитном поле является электрический генератор.

Его работа заключается в том, что если постоянный магнит перемещать относительно контура, то возникнет электродвижущая сила. Соответственно подключив проводник к нагрузке, можно получить ток. А это значит, что механическая энергия превратится в электрическую. При этом различают два принципиально разных механизма работы:

1. Индуцированный — вращение магнита, вокруг не изменяющего своё положение проводника. В этом случае электрическое поле двигает заряды через проводник.
2. Двигательный — магнит неподвижен, а проводник вращается. Появляется сила Лоренца, и магнитное поле толкает заряды.

Второе, но не менее важное устройство, электродвигатель. По сути, это генератор работающий «задом наперёд». На заряд действует магнитная сила, вращающая диск в обратном направлении, определить которое можно по правилу левой руки

Если будут потери небольшие, например, связанные с трением или выделением тепла, то подключённый диск будет вращаться с такой скоростью, чтобы отношение dF / dt сравнялось с разностью потенциалов вызывающего ток

На заряд действует магнитная сила, вращающая диск в обратном направлении, определить которое можно по правилу левой руки. Если будут потери небольшие, например, связанные с трением или выделением тепла, то подключённый диск будет вращаться с такой скоростью, чтобы отношение dF / dt сравнялось с разностью потенциалов вызывающего ток.

На использовании ЭДС построена работа и трансформатора. Проходящий по первичным виткам переменный электрический ток приводит к возникновению магнитного поля. Последнее и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу. Если только концы катушки подключить к нагрузке, то через неё сразу же потечёт ток.

вихревые токи

Электрические проводники, движущиеся через постоянное магнитное поле, или неподвижные проводники в изменяющемся магнитном поле, будут иметь круговые токи, индуцируемые внутри них за счет индукции, называемые вихревыми токами . Вихревые токи протекают по замкнутым контурам в плоскостях, перпендикулярных магнитному полю. Они находят полезное применение в вихретоковых тормозах и системах индукционного нагрева. Однако вихревые токи, индуцируемые в металлических магнитных сердечниках трансформаторов, а также двигателей и генераторов переменного тока, нежелательны, поскольку они рассеивают энергию (называемую потерями в сердечнике ) в виде тепла в сопротивлении металла. В сердечниках этих устройств используется ряд методов уменьшения вихревых токов:

• Ядра низкой частоты переменного тока электромагниты и трансформаторы, вместо того чтобы быть твердым металлом, часто изготавливаются из стопок металлических листов, называемых слоистые , разделенных непроводящих покрытий. Эти тонкие пластины уменьшают нежелательные паразитные вихревые токи, как описано ниже.
• Катушки индуктивности и трансформаторы, используемые на более высоких частотах, часто имеют магнитные сердечники, сделанные из непроводящих магнитных материалов, таких как феррит или железный порошок, скрепленные связующим из смолы.

Электромагнитные ламинаты

Вихревые токи возникают, когда твердая металлическая масса вращается в магнитном поле, потому что внешняя часть металла прорезает больше магнитных силовых линий, чем внутренняя часть; следовательно, индуцированная электродвижущая сила неоднородна; это имеет тенденцию вызывать электрические токи между точками наибольшего и наименьшего потенциала. Вихревые токи потребляют значительное количество энергии и часто вызывают опасное повышение температуры.

В этом примере показаны только пять пластин или пластин, чтобы показать подразделение вихревых токов. На практике количество наслоений или перфораций составляет от 40 до 66 на дюйм (от 16 до 26 на сантиметр), что снижает потери на вихревые токи примерно до одного процента. Хотя пластины можно разделить изоляцией, напряжение настолько низкое, что естественного ржавого / оксидного покрытия пластин достаточно для предотвращения протекания тока через ламинаты.

Это ротор диаметром примерно 20 мм от двигателя постоянного тока, используемого в проигрывателе компакт-дисков

Обратите внимание на многослойность полюсных наконечников электромагнита, используемых для ограничения паразитных индуктивных потерь.

Паразитная индукция внутри проводников

На этом рисунке сплошной медный стержневой провод на вращающемся якоре как раз проходит под наконечником полюсного наконечника N полевого магнита

Обратите внимание на неравномерное распределение силовых линий по медному стержню. Магнитное поле более сконцентрировано и, следовательно, сильнее на левом крае медного стержня (a, b), в то время как поле слабее на правом крае (c, d)

Поскольку два края стержня движутся с одинаковой скоростью, эта разница в напряженности поля на стержне создает завитки или текущие водовороты внутри медного стержня.

Сильноточные устройства промышленной частоты, такие как электродвигатели, генераторы и трансформаторы, используют несколько параллельных проводов небольшого диаметра, чтобы разбивать вихревые потоки, которые могут образовываться в крупных сплошных проводниках. Тот же принцип применяется к трансформаторам, используемым на частоте выше мощности, например, тем, которые используются в импульсных источниках питания и трансформаторах связи промежуточной частоты радиоприемников.

Закон Фарадея

Явление электромагнитной индукции определяется появлением электрического тока в электрически проводящей замкнутой цепи при изменении магнитного потока через область этой цепи.

Основной закон Фарадея состоит в том, что электродвижущая сила (ЭДС) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Формула закона электромагнитной индукции Фарадея выглядит следующим образом:

Рис. 2. Формула закона электромагнитной индукции

И если сама формула, основанная на приведенных выше пояснениях, вопросов не вызывает, то знак «-» может вызвать сомнения. Оказывается, существует правило Ленца, русского ученого, проводившего свои исследования на основе постулатов Фарадея. Согласно Ленцу, знак «-» указывает направление возникающей ЭДС, то есть индукционный ток направлен таким образом, что магнитный поток, который он создает через область, ограниченную цепью, стремится предотвратить изменение потока, которое вызывает такой ток.

Основные понятия и законы электростатики

Закон Кулона:
сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату их расстояния:

Коэффициент пропорциональности в этом законе

В SI коэффициент k записывается как

Потенциал электрического поля – это отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду:

Проекция напряженности электрического поля на ось и потенциал связаны соотношением

Электрическая емкость тела называется величиной отношения

Основные понятия и законы постоянного тока

Электрический ток – это прямое движение электрических зарядов. В разных веществах переносчиками заряда выступают элементарные частицы разного знака. Направление движения положительных зарядов считается положительным направлением тока. Электрический ток количественно характеризуется его силой. Это заряд, прошедший за единицу времени через поперечное сечение проводника:

Закон Ома для участка цепи:

R
ρ

При параллельном подключении сопротивление, обратное сопротивлению, равно сумме обратных сопротивлений:

где t – время, I – сила тока, U – разность потенциалов, q – прошедший заряд.
Закон Джоуля-Ленца:

Основные понятия и законы магнитостатики

Характеристикой магнитного поля является магнитная индукция ➛B. Поскольку это вектор, необходимо определить как направление этого вектора, так и его величину. Направление вектора магнитной индукции связано с ориентационным действием магнитного поля на магнитную стрелку. Направление вектора магнитной индукции берется от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, которая свободно установлена ​​в магнитном поле.
Направление вектора магнитной индукции прямого проводника с токами можно определить с помощью правила подвеса:
если направление поступательного перемещения кардана совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки карданного подвеса совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
Величина вектора магнитной индукции – это отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка:

Основные понятия и законы электромагнитной индукции

Если через замкнутую проводящую цепь проникает переменный магнитный поток, в этой цепи возникают ЭДС и электрический ток. Эта ЭДС называется ЭДС электромагнитной индукции, а ток – индукцией. Явление их возникновения называется электромагнитной индукцией. ЭДС индукции можно рассчитать по основному закону электромагнитной индукции или по закону Фарадея:

Электромагнитные колебания и волны

Колебательный контур – это электрическая цепь, состоящая из последовательно включенных конденсатора с емкостью C и катушки с индуктивностью L (см. Рис. 7).

Для незатухающих свободных колебаний в контуре циклическая частота определяется по формуле

Период свободных колебаний в контуре определяется формулой Томсона:

Ток, протекающий через катушку индуктивности, не совпадает по фазе с напряжением на 1/2 или четверть периода. Напряжение опережает ток на тот же фазовый угол.

Трансформатор – это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока. Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на котором установлены две катушки. Катушка, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной обмоткой, а катушка, которая подключается к потребителю, называется вторичной обмоткой. Отношение напряжения на первичной обмотке к вторичной обмотке трансформатора равно отношению количества витков в этих обмотках:

Линии магнитного поля и свойства

Полезно вспомнить общие сведения о магнитном поле. Оно образуется вокруг проводника, по которому двигаются электрические заряды или протекает электрический ток. В этом случае образуется сразу два вида поля — электрическое и магнитное поля. Таким образом, вокруг проводника/провода с током будет наблюдаться и электрическое и одновременно магнитное поле, т.к. они оба возникают при условии протекания электрического тока. Появившись, магнитное поле имеет свойство воздействовать на другие движущиеся электрические заряды, а точнее на сторонний электрический ток, например, протекающий в другом проводнике поблизости от первого. Такое воздействие магнитного поля материально и определяется степенью — оно может быть сильнее или слабее. В автомобиле, для примера, такое взаимодействие можно наблюдать на примере проводки, которая способна оказывать ощутимое влияние друг на друга и создавать наводки/помехи, отчётливо слышимые в динамиках.

Магнитное поле с его сферической формой образуется линиями, которые можно представить вокруг объекта под напряжением и даже увидеть при помощи мелкой металлической крошки. Таких магнитных линий вокруг объекта будет большое количество, вместе они образуют целый спектр. Направление магнитных линий определяется магнитной стрелкой. Магнитные линии всегда замкнуты, поэтому у них нет понятия «начало линии» или «конец линии». Эти линии никогда не пересекаются, не завиваются и не взаимодействуют друг с другом. Магнитные линии в совокупности формируют форму магнитного поля и по их «кучности» в какой-то точке пространства можно судить о силе магнитного воздействия в этом месте.
Если линии располагаются параллельно друг относительно друга и в целом упорядоченно, если их плотность более менее равномерна, то такие линии образуют однородное магнитное поле. Наоборот, если линии искривляются в пространстве и разрежены друг относительно друга, то они своей совокупностью образуют неоднородное магнитное поле. Эти два вида магнитного поля отличаются друг от друга во многом:

Магнитная сила воздействия неоднородного поля различна в той или иной точке пространства, тогда как эта сила одинакова по модулю и направлению у однородного поля.

По взаиморасположению линий в пространстве: у однородного поля линии параллельны друг другу и кучность их одинакова; у неоднородного поля линии искривляются и кучность их различна.

Неоднородное поле находится вне магнита или проводника с электрическим током, тогда как однородное поле образуется внутри магнита.

Однородные магнитные поля чаще всего наблюдаются внутри катушки с большим количеством витков (например в катушке динамика) или внутри обычного полосового магнита, тогда как неоднородное магнитное поле чаще всего располагается вне магнита, например вокруг силового кабеля питания.

История

Эксперимент Фарадея, показывающий индукцию между витками проволоки: жидкая батарея (правильно) обеспечивает ток, который течет через небольшую катушку (А), создавая магнитное поле. Когда катушки неподвижны, ток не индуцируется. Но когда маленькая катушка перемещается внутрь или из большой катушки (В)магнитный поток через большую катушку изменяется, вызывая ток, который регистрируется гальванометром. (Г).

Схема железного кольцевого аппарата Фарадея. Изменение магнитного потока левой катушки индуцирует ток в правой катушке.

Электромагнитная индукция была открыта Майкл Фарадей, опубликовано в 1831 году. Это было независимо открыто Джозеф Генри в 1832 г.

В первой экспериментальной демонстрации Фарадея (29 августа 1831 г.) он намотал два провода вокруг противоположных сторон железного кольца или «тор»(расположение, подобное современному тороидальный трансформатор).[нужна цитата] Основываясь на своем понимании электромагнитов, он ожидал, что, когда ток начнет течь по одному проводу, своего рода волна пройдет через кольцо и вызовет некоторый электрический эффект на противоположной стороне. Он воткнул один провод в гальванометр, и наблюдал, как он подключал другой провод к батарее. Он увидел переходный ток, который он назвал «волной электричества», когда он подключил провод к батарее, и другой, когда он отключил его. Эта индукция была вызвана изменением магнитный поток это произошло при подключении и отключении аккумулятора. В течение двух месяцев Фарадей обнаружил несколько других проявлений электромагнитной индукции. Например, он видел переходные токи, когда быстро вставлял стержневой магнит в катушку с проводами и из нее и создавал устойчивый (ОКРУГ КОЛУМБИЯ) ток путем вращения медного диска возле стержневого магнита с помощью скользящего электрического провода («Диск Фарадея»).

Фарадей объяснил электромагнитную индукцию, используя концепцию, которую он назвал силовые линии. Однако ученые того времени широко отвергли его теоретические идеи, главным образом потому, что они не были сформулированы математически. Исключением было Джеймс Клерк Максвелл, который использовал идеи Фарадея как основу своей количественной теории электромагнетизма. В модели Максвелла изменяющийся во времени аспект электромагнитной индукции выражается в виде дифференциального уравнения, которое Оливер Хевисайд называется законом Фарадея, хотя он немного отличается от первоначальной формулировки Фарадея и не описывает двигательную ЭДС. Версия Хевисайда (см. ) — это форма, признанная сегодня в группе уравнений, известной как Уравнения Максвелла.

В 1834 г. Генрих Ленц сформулировал названный в его честь закон, описывающий «поток через цепь». Закон Ленца дает направление наведенной ЭДС и тока, возникающего в результате электромагнитной индукции.

Направление тока и линий магнитного поля

Поскольку явление электрического тока — это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что у электрического тока есть направление. Условно-правильным направлением движения электронов в замкнутой системе можно считать направление от минусового/отрицательного «-» к плюсовому/положительному «+». Однако, общепринятая терминология направления потока предполагает обратное обозначение, при котором заряды движутся от положительного полюса к отрицательному. На основе этой общепринятой терминологии создаются все современные электронные устройства, в том числе и полярные, просто обозначение полярности в схеме этих устройств уже изначально предусматривает обратное движение потока электронов, однако схематически подключается от «плюса» к «минусу», как и принято уже давно.
Вместе с течением тока вокруг проводника образуется магнитное поле, линии которого так же имеют направленность, зависящую от направления течения электронов. Направленность магнитных линий определяется по-разному, самый простой способ «правой руки», когда обхватывая провод/проводник рукой большим пальцем по направлению тока мысленно представляется, что четыре пальца руки как бы показывают направление магнитных линий, «оборачивающих» проводник. Так же направление тока можно определить по взаимодействию двух параллельных проводников под напряжением: если они притягиваются друг к другу — значит ток течёт в одном направлении; если отталкиваются — в разных.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

   Мы знаем, что величина наведенной электродвижущей силы в проводнике, движущемся в некотором магнитном поле, с определенной скоростью,  зависит от скорости передвижения проводника. Но это еще не все. Электродвижущая сила так же зависит от длины проводника, важна именно длина, которая находится под действием магнитного поля магнита. Еще зависит от индукции магнитного поля и от направления передвижения самого проводника.

М. Фарадей сформулировал закон электромагнитной индукции следующим образом:

   Этот закон можно выразить формулой:

где электродвижущая сила обозначается буквой e:

Когда проводник движется не под прямым углом по отношению к магнитному полю  формула имеет следующий вид:

Где:e – электродвижущая сила;

B – индукция магнитного поля;

l – длина проводника;

v – скорость перемещения проводника в магнитном поле;Sin ϕ – синус угла под которым производится перемещение относительно магнитного поля.

   Индуцирование электродвижущей силы в проводнике происходит, когда он перемещается в магнитном поле. То есть пересечение магнитными силовыми линиями не должно быть постоянным, а всегда изменятся.Электродвижущая сила в этом проводнике будит индуцироваться не зависимо от того, замкнута цепь проводника или нет.

   Для протекания электрического тока, основное условие — наличие замкнутой цепи, а для электродвижущей силы, главное условие ее наведения – это изменение силовых магнитных линий, пересекающих проводник.   Заметьте, что движение проводника в магнитном поле не является основополагающим фактором индуцирования электродвижущей силы. Допускается и то, что проводник неподвижен, а перемещается лишь магнитное поле, в котором находится этот проводник.

Автоиндукция

Мы говорим о самоиндукции, когда источником магнитного поля в источнике электродвижущей силы в цепи является электрический ток, протекающий через эту же цепь. Магнитное поле обеспечивает обратную связь об изменении тока в цепи с самим собой.

Самоиндукция — это замечательное электромагнитное свойство, которым обладает проводник, по которому проходит электрический ток , в противоположных вариациях.

Действительно, проводник, по которому проходит электрический ток, создает магнитное поле (ср. Закон Био и Савара ). Закон Ленца-Фарадей описывает следующее явление: когда поток магнитного поля проходит через контур проводника меняется с течением времени, по- видимому , в этой схеме напряжение , называется электродвижущей силой . Создаваемая таким образом электродвижущая сила (часто сокращенно fem) ориентирована так, чтобы генерировать токи, противодействующие изменению потока:

εзнак равно-dϕdт{\ displaystyle \ varepsilon = — {\ frac {d \ phi} {dt}}}

Любое изменение тока вызывает изменение этого индуцированного поля , которое имеет эффект создания напряжения, которое противодействует изменению поля, следовательно, которое противодействует изменению тока:

тызнак равно-Ldяdт{\ displaystyle u = -L {\ frac {di} {dt}}}

где называется коэффициентом собственной индуктивности цепи или собственной индуктивностью цепи. Это зависит только от геометрической конфигурации схемы и всегда строго положительно.
L{\ Displaystyle L \,}

«Электромагнитная индукция»

Электромагнитная индукция — это явление, которое заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводнике в результате изменения магнитного поля, в котором он находится. Это явление открыл английский физик М. Фарадей в 1831 г. Суть его можно пояснить несколькими простыми опытами.

Описанный в опытах Фарадея принцип получения переменного тока используется в индукционных генераторах, вырабатывающих электрическую энергию на тепловых или гидроэлектростанциях. Сопротивление вращению ротора генератора, возникающее при взаимодействии индукционного тока с магнитным полем, преодолевается за счет работы паровой или гидротурбины, вращающей ротор. Такие генераторы преобразуют механическую энергию в энергию электрического тока.

Вихревые токи, или токи Фуко

Если массивный проводник поместить в переменное магнитное поле, то в этом проводнике благодаря явлению электромагнитной индукции возникают вихревые индукционные токи, называемые токами Фуко.

Вихревые токи возникают также при движении массивного проводника в постоянном, но неоднородном в пространстве магнитном поле. Токи Фуко имеют такое направление, что действующая на них в магнитном поле сила тормозит движение проводника. Маятник в виде сплошной металлической пластинки из немагнитного материала, совершающий колебания между полюсами электромагнита, резко останавливается при включении магнитного поля.

Во многих случаях нагревание, вызываемое токами Фуко, оказывается вредным, и с ним приходится бороться. Сердечники трансформаторов, роторы электродвигателей набирают из отдельных железных пластин, разделенных слоями изолятора, препятствующего развитию больших индукционных токов, а сами пластины изготовляют из сплавов, имеющих высокое удельное сопротивление.

Электромагнитное поле

Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, является статическим и действует на заряды. Постоянный ток вызывает появление постоянного во времени магнитного поля, действующего на движущиеся заряды и токи. Электрическое и магнитное поля существуют в этом случае независимо друг от друга.

Явление электромагнитной индукции демонстрирует взаимодействие этих полей, наблюдаемое в веществах, в которых есть свободные заряды, т. е. в проводниках. Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, действуя на свободные заряды, создает электрический ток. Этот ток, будучи переменным, в свою очередь порождает переменное магнитное поле, создающее электрическое поле в том же проводнике, и т. д.

Совокупность переменного электрического и переменного магнитного полей, порождающих друг друга, называется электромагнитным полем. Оно может существовать и в среде, где нет свободных зарядов, и распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны.

Классическая электродинамика — одно из высших достижений человеческого разума. Она оказала огромное влияние на последующее развитие человеческой цивилизации, предсказав существование электромагнитных волн. Это привело в дальнейшем к созданию радио, телевидения, телекоммуникационных систем, спутниковых средств навигации, а также компьютеров, промышленных и бытовых роботов и прочих атрибутов современной жизни.

Краеугольным камнем теории Максвелла явилось утверждение, что источником магнитного поля может служить одно только переменное электрическое поле, подобно тому, как источником электрического поля, создающим в проводнике индукционный ток, служит переменное магнитное поле. Наличие проводника при этом не обязательно — электрическое поле возникает и в пустом пространстве. Линии переменного электрического поля, аналогично линиям магнитного поля, замкнуты. Электрическое и магнитное поля электромагнитной волны равноправны.

Электромагнитная индукция в схемах и таблицах

(Явление электромагнитной индукции, опыты Фарадея, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, вихревое электрическое поле, самоиндукция, индуктивность, энергия магнитного поля тока)

Дополнительные материалы по теме:

Конспект урока по физике в 11 классе «Электромагнитная индукция».

Следующая тема: «».