3.6. Электромагнитная индукция

3.6.1. Явление и основной закон электромагнитной индукции

Открытое Фарадеем явление электромагнитной индукции состоит в том, что в любом замкнутом контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает индукционный ток. Причиной возникновения тока является ЭДС электромагнитной индукции. Согласно закону Фарадея

ЭДС электромагнитной индукции не зависит от способа изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, и пропорциональна скорости изменения магнитного потока

. (3.52)

Знак минус в формуле (3.52) отражает правило Ленца, согласно которому направление индукционного тока всегда таково, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающему индукционный ток.

Все современные генераторы электрического тока основаны на явлении электромагнитной индукции

Изменение тока в контуре ведёт к возникновению ЭДС индукции в самом же контуре. Данное явление называется самоиндукцией.

Используя закон электромагнитной индукции (3.80) для ЭДС самоиндукции получим выражение

. (3.53)

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью или коэффициентом самоиндукции контура. Индуктивность L зависит от размеров и формы проводника, а также от магнитных свойств среды, в которую он помещен.

Явление возникновение индукционного тока в контуре при изменении сцепленного с ним магнитного потока, созданного другим контуром, называется взаимной индукцией.

Согласно основному закону электромагнитной индукции

, , (3.54)

где – ЭДС индукции, возникающая в контуре 1, а – ЭДС индукции в контуре 2.

На явлении взаимной индукции основано действие трансформатора, индукционной катушки (например, в системе зажигания двигателей внутреннего сгорания).

3.6.2. Энергия магнитного поля

При протекании через контур тока I контур будет пронизывать магнитный поток. При увеличении тока до некоторого значения I энергия контура с током будет равна

. (3.55)

Эта энергия локализована в магнитном поле вокруг проводника. Энергия магнитного поля в выделенном объёме пространства выражается через характеристики магнитного поля следующим образом:

. (3.65)

Энергия единицы объема поля или объемная плотность энергии магнитного поля равна

. (3.66)

3.7. Уравнения Максвелла

Максвелл обобщил все законы электрического и магнитного полей и представил их в виде системы уравнений. Из системы уравнений Максвелла следует существование электромагнитного поля, электромагнитных волн, скорость распространения которых оказалась равной скорости света. Это доказывает, что свет это электромагнитные волны.