Для школьников.
Начнём с истории возникновения электромагнетизма, взаимосвязи электричества и магнетизма.
В 1820 году датский физик Эрстед, во время демонстрации магнетизма заметил, что магнитная стрелка компаса отклонилась от своего направления. Оказалось, что вблизи компаса находился провод, который соединял полюсы гальванического элемента, то есть по проводу шёл ток.
Размышляя над этим странным явлением, Эрстед стал проводить эксперименты с магнитными стрелками и магнитными опилками. Оказалось, что они располагались кругами вокруг провода с током.
Так Эрстедом была установлена связь между магнетизмом и электричеством.
Затем было обнаружено, что магнетизм сопутствует току не только в проводниках, но и в электролитах, и в газах.
Число опытов по взаимодействию постоянного магнита с электрическим током, проведённых другими физиками, быстро росло.
Так, французский физик Араго, поместив стальной стержень в стеклянную трубку, обмотанную медной проволокой, пропустив через проволоку ток, обнаружил, что стержень намагнитился.
Английский физик Фарадей после опытов Эрстеда и Араго , как бы объединил их в своём опыте, проведённом в 1831 году.
Фарадей взял железное кольцо. Намотав на него медную проволоку А, присоединил её через ключ к батарее элементов. Другую медную проволоку В он также намотал на кольцо. Обороты обеих проволок шли в одном и том же направлении. Проволоку В Фарадей соединил с третьей медной проволокой, проходившей очень близко над магнитной стрелкой.
О результате своего опыта Фарадей написал так: "Когда я замкнул ключ, магнитная стрелка мгновенно вышла из своего положения, стала качаться. Вскоре, однако, она пришла в спокойное состояние, заняв первоначальное положение. Когда я затем прерывал ток, стрелка снова выходила из своего положения".
Пояснение.
Когда по катушке А течёт постоянный (установившийся) ток, созданный батареей гальванических элементов, в кольце создаётся постоянное магнитное поле. Это поле не возбуждает тока в катушке В, и магнитная стрелка находится в состоянии покоя.
Ток в катушке В возникает (наводится) только в момент замыкания ключа (когда ток в катушке А растёт от нуля до установившегося) и размыкания ключа (когда ток в катушке А уменьшается от установившегося до нуля).
Этот ток Фарадей назвал индукционным (наведённым) током, а явление его возникновения - явлением электромагнитной индукции.
Индукционный ток, в отличие от тока проводимости, вызван не электрическими силами, действующими на электроны, а вызван изменяющимся магнитным полем.
Рассмотренный опыт Фарадея и другие подобные опыты позволили сформулировать основной закон электромагнитной индукции с помощью введения понятия магнитного потока.
Ниже описаны условия возникновения индукционного тока (э.д.с. индукции) в замкнутом контуре, сформулирован и пояснён основной закон электромагнитной индукции и дано правило Ленца, указывающее направление возникшего индукционного тока.
В 1833 году петербургский академик Ленц предложил правило (его называют правилом Ленца), которое позволяет находить направление возбуждённого в катушке индукционного тока.
Приведём для наглядности опыты, показывающие при каких условиях в катушке (контуре) возникает индукционный ток.
Индукционный ток возникает:
-при перемещении катушки и магнита относительно друг друга
- при изменении магнитной индукции поля электромагнита (при изменении тока в катушках электромагнита)
- при вращении витка в магнитном поле катушки
- при изменении площади контура, находящегося в неизменном магнитном поле
Во всех перечисленных опытах возникновение индукционного тока определяется быстротой изменения магнитного потока через витки катушки или площадь контура.
Явление электромагнитной индукции имеет очень большое практическое значение. Оно широко используется в электрических машинах: генераторах, двигателях и других.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Поведение электрона в электрическом и магнитном полях.
Следующая запись:Вихревые токи в массивных проводниках.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.