Явище електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції. Правило Ленца
Явище електромагнітної індукції полягає в виникненні електричного струму у провідному контурі, який або покоїться у змінному у часі магнітному полі, або рухається у постійному магнітному полі так, що число ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється.
У якості ілюстрації приведемо деякі з класичних дослідів Фарадея.
Якщо звитий|сповивати| у котушку|катушку| провідник замкнути на гальванометр і всувати в неї постійний магніт, то гальванометр покаже виникнення короткочасного імпульсу струму|току|. При припиненні руху магніту припиняється і струм|тік|. Якщо змінити|зраджувати| напрям|направлення| руху магніту і витягати|витягувати| його з|із| котушки|катушки|, то напрям|направлення| струму|току| в контурі змінюється на зворотний. Така ж зміна напряму|направлення| струму|току| відбувається|походить| при зміні|перерві| полюсів магніту. Для отримання|здобуття| індукційного струму|току| можна тримати магніт нерухомим, а рухати|сунути| з|із| тією ж швидкістю, але|та| у зворотному напрямі котушку|катушку|.
Така сама картина спостерігається і при заміні постійного магніту електромагнітом. Якщо соленоїд, або| якому пропускається постійний струм|тік|, переміщати щодо|відносно| котушки|катушки|, то в останній також виникає індукційний струм|тік|.
Нарешті|урешті|, якщо обидві котушки|катушки| закріпити нерухомо|непорушно|, але|та| міняти|змінювати| магнітне поле, що створюється першою котушкою|катушкою|, включаючи або вимикаючи|виключати| джерело струму|току| або змінюючи|зраджувати| струм|тік| реостатом, то в другій котушці|катушці| виникає індукційний струм|тік|, тим більший, чим швидше змінюється струм|тік| а першій котушці|катушці|.
Висновки з дослідів Фарадея:
1. У замкненому контурі виникає струм при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують площину, обмежену контуром. Цей струм називається індукційним.
2. Чим швидше змінюється число ліній магнітної індукції, тим більше виникаючий індукційний струм.
3. Індукційний струм|тік| виникає завжди, коли провідник перетинає|пересікає| лінії магнітної індукції і в замкнутому контурі змінюється| зчеплений з|із| ним магнітний потік Ф.
Закон електромагнітної індукції сформульовано саме для ЕРС, оскільки за такого формулювання він виражає суть явища, незалежного від властивостей провідників, у яких виникає індукційний струм. Згідно із законом електромагнітної індукції ЕРС індукції в замкненому контурі дорівнює за модулем швидкості зміни магнітного потоку через поверхню обмежену контуром:
Під час проведення дослідів з електромагнітної індукції можна помітити, що стрілка приладу відхиляється то в один, то в другий бік, що свідчить про різні напрями індукційного струму.
З’ясуємо напрям індукційного струму. Якщо з’єднати котушку, в якій з’являється індукційний струм, до гальванометру, то побачимо, що напрям цього струму залежить від того, наближається магніт до котушки чи віддаляється від неї.
Котушка зі струмом подібна до магніту з двома полюсами – північним і південним. Напрям індукційного струму визначає, який кінець котушки грає роль північного полюсу (лінії магнітної індукції виходять із нього), чи південного (лінії магнітної індукції входять до нього). Спираючись на закон збереження енергії, можна передбачити, в яких випадках магніт буде притягатися, а в яких – відштовхуватися.
Якщо магніт наближати до котушки, то в ній з'являється індукційний струм такого напряму, що магніт обов'язково відштовхується. Для зближення магніту і котушки потрібно зробити позитивну роботу. Котушка стає подібною до магніту, оберненого однойменним полюсом до магніту, що наближається до неї. Однойменні ж полюси відштовхуються.
При видаленні магніту, навпаки, в котушці виникає струм такого напряму, щоб з'явилася сила, що притягує магніт.
При наближенні магніту до котушки число ліній магнітної індукції, що пронизують витки котушки, або, що те ж саме, магнітний потік, збільшується (мал. а) а в другому випадку зменшується (мал. б). Причому в першому випадку лінії індукції магнітного поля, створеного виниклим в котушці індукційним струмом, виходять з верхнього кінця котушки, оскільки котушка відштовхує магніт, а в другому випадку, навпаки, входять в цей кінець. У випадку а котушка із струмом аналогічна магніту, північний полюс якого знаходиться зверху, а у випадку б — знизу.
Російський вчений Емілій Христіанович Ленц застосував до явища електромагнітної індукції закон збереження і перетворення енергії і сформулював правило, користуючись яким можна визначити напрям індукційного струму.
Правило Ленца формулюється так: індукційний струм, що виникає в замкненому контурі, протидіє зміні магнітного потоку, який збуджує цей струм.