Электродвижущая сила индукции (30 сентября 2008)

  1. В каком случае при движении проводника в магнитном поле возникает максимальная ЭДС? Когда ЭДС равна 0?
  2. Будет ли возникать ЭДС индукции и индукционный ток в замкнутом проводящем контуре, пересекаемым переменным магнитным полем?

Вопросы составлены учительницей 53-й рижской школы математического 12-го класса.

Комментарии

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции Ei, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус.

Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам.

1. Магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле. Возникновение ЭДС индукции объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы. Одна из составляющих этой силы, связанная с переносной скоростью зарядов, направлена вдоль проводника, она играет роль сторонней силы. Следовательно, если вектор магнитной индукции перпендикулярен переносной скорости зарядов, то в этом случае Ei будет иметь максимальное значение. При нулевом угле между переносной скоростью и вектором индукции магнитного поля Ei минимальна.

2. Вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур − изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре. В этом случае возникновение ЭДС индукции уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Электроны в неподвижном проводнике могут приводиться в движение только электрическим полем. Это электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Работа этого поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции в неподвижном проводнике. Следовательно, электрическое поле, порожденное изменяющимся магнитным полем, не является потенциальным. Его называют вихревым электрическим полем. Представление о вихревом электрическом поле было введено в физику великим английским физиком Дж. Максвеллом (1861 г.).

Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея. Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной: в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца; в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Надоело разбираться?