Прежде, чем разобраться с законом электромагнитной индукции или, как его ещё называют, законом Фарадея, давайте перечислим все основные понятия. Их обязательно нужно уяснить, прежде, чем сделать следующий шаг.
Начнем с того, что электромагнитной индукцией называется явление возникновения электродвижущей силы (читай для простоты понимания как электрического тока) в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через этот контур.
Магнитным потоком для простоты можно назвать количество линий магнитной индукции (правильнее говорить векторов магнитной индукции) которые пронизывают этот контур. Изменением магнитного потока можно считать или изменение напряженности магнитного поля, или перемещение самого замкнутого контура в этом магнитном поле. Опять-таки, для простоты это можно назвать емкой, но размытой фразой "изменение магнитного поля".
Про электромагнитную индукцию мы уже подробно рассказали в этой статье и очень советуем её прочитать.
Самым простым примером проявления электромагнитной индукции в жизни является случай, когда вас бьет током от движущегося велосипеда под линией электропередач. В случае, если рама является замкнутой - это яркий пример электромагнитной индукции. Но бывает ведь ещё и сила Лоренца.
Описывая явление электромагнитной индукции, Фарадей обнаружил ряд закономерностей.
Первая из них заключалась в том, что при увеличении "мощности" магнитного поля (правильнее говорить количества линий магнитной индукции, пронизывающих замкнутый контур и соответственно - магнитного потока), индукционный ток в контуре увеличивался.
Следующая выявила влияние количества витков в контуре или катушке на величину индукционного тока. Чем больше было витков, тем больше было значение индукционного тока.
И наконец, чем быстрее перемещалось магнитное поле (опять помним, что правильно - магнитный поток) относительно контура (чем быстрее двигали магнит относительно катушки), тем быстрее нарастало значение индукционного тока.
Эти обстоятельства легли в основу закона, который в результате всех опытов сформулировал Фарадей. Он так и был назван - закон электромагнитной индукции или закон Фарадея.
В учебнике он формулируется так:
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
Если вчитаться в формулировку закона, то вопросов уже и не останется, потому что все понятия разобраны ранее. Правильно будет сказать, что физический смысл скорости изменения магнитного потока через контур – это электродвижущая сила индукции.
ЭДС индукции - это напряжение, существующее в цепи (такое приравнивание не совсем корректно и вот почему, но тем не менее допустимо). Скорость изменения потока мы уже обсудили.
Остаётся момент со знаком. Почему ЭДС индукции противоположна по знаку изменению магнитного поля?
Дело в том, что любая физическая система всегда старается вернуться к равновесию. Также и тут. Индукционный ток в замкнутом контуре имеет такое направление, чтобы магнитный поток поля уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока. Прочитайте формулировку пару раз. Вчитайтесь в неё и поймете о чем речь. Скажем так, сама система пытается нивелировать или уменьшить наблюдаемый эффект. Тут уже логично было бы рассказать про правило Ленца, которое определяет этот знак.
Кстати, стоит отметить, что для нас интересно любое изменение магнитного поля. Фарадей, прежде, чем начать эксперименты с катушкой и постоянным магнитом, использовал для экспериментов две катушки с током, которые по правилу, установленному Эрстедом, генерируют магнитное поле вокруг себя. Если катушки перемещать друг относительно друга или менять характеристики тока в одной из них (скажем, подключать и отключать от цепи), то наблюдается эффект появления тока индукции в одной из катушек, которая подсоединена к Гальванометру.
Есть и ещё одно обстоятельство. Если в замкнутом контуре имеется некоторое количество витков N, то мы всю эту радость должны умножить на количество витков.
Вот, собственно, и всё.
