37. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

Ответ. В опытах М. Фарадея (1831) было открыто явление электромагнитной индукции, которое заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного. Возникновение индукционного тока в опытах Фарадея указывает на наличие в цепи электродвижущей силы. Эта ЭДС называется электродвижущей силой электромагнитной индукции (ЭДС индукции) 𝜀𝑖. Открытие явления электромагнитной индукции показало: взаимосвязь между электрическим и магнитным полем; возможность получения электрических токов с помощью магнитного поля. Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. В основе принципа работы электродвигателей лежит данное явление. Правило Ленца. Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он связан. Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея): ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром: 𝜀𝑖 = −𝑑Ф/𝑑𝑡. Единица ЭДС электромагнитной индукции в СИ – вольт (В). При скорости изменения магнитного потока 1 Вб/с в контуре индуцируется ЭДС, равная 1 В. Явление самоиндукции было открыто Генри в 1832 г. Оно является частным случаем явления электромагнитной индукции. Коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и током, создающим этот поток, зависит от геометрических размеров и формы контура, а также от количества витков в нем и от магнитных свойств сердечника, находящегося в контуре. Этот коэффициент называется индуктивностью контура L, т. е. Ψ = 𝐿𝐼. Единицей индуктивности в СИ является 1 генри (1 Гн). 1 Гн – индуктивность контура, в котором ток 1 А создает магнитный поток 1 Вб. Из формулы видно, что изменить магнитный поток, пронизывающий контур, можно изменяя силу тока или индуктивность (или то и другое одновременно). В соответствии с законом электромагнитной индукции изменяющийся магнитный поток создает в контуре ЭДС, которая в этом случае называется электродвижущей силой самоиндукции 𝜀𝑠. Поскольку контур замкнут, ЭДС самоиндукции создает в контуре ток самоиндукции. Согласно правилу Ленца ток самоиндукции всегда направлен так, что он противодействует изменению основного тока, т. е., если основной ток возрастает, ток самоиндукции направлен против основного тока, если уменьшается – направления основного тока и тока самоиндукции совпадают. Энергия контура с током (собственная энергия тока) является энергией магнитного поля, созданного током I, текущим по проводнику с индуктивностью L. 𝑊 = 𝐿𝐼²/2 Магнитное поле длинного соленоида однородно и сосредоточено внутри него, поэтому энергия заключена в объеме соленоида и распределена в нем с постоянной объемной плотностью энергии магнитного поля.