Вопрос 39. Поток вектора магнитной индукции сквозь произвольную поверхность.

Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) через площадку dS называ­ется скалярная физическая величина, равная

dФB=BdS=BndS

Поток вектора магнитной индукции Ф_B через произвольную поверхность S равен

Единица магнитного потока вебер (Вб): 1 Вб — магнитный поток, проходящий сквозь плоскую поверхность площадью 1 м², расположенную перпендикулярно однородному магнитному полю, индукция которого равна 1 Тл (1 Вб=1 Тл-м²).

Теорема Гаусса для магнитного поля формулируется следующим образом: поток вектора магнитной индукции сквозь произвольную замкнутую поверхность равен нулю:

Эта теорема отражает тот факт, что в природе не существует магнитных масс (магнитных зарядов) – источников магнитного поля, на которых начинались бы или заканчивались линии магнитной индукции. Вследствие этого силовые линии магнитного поля не имеют ни начала, ни конца и являются замкнутыми.

Вопрос 42. Явление самоиндукции.

Электрический ток, протекающий в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, по закону Био — Савара — Лапласа, пропорциональ­на току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому пропорционален току I в контуре:

Ф = LI

(

где коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура.

При изменении силы тока в контуре будет изменяться также и сцепленный с ним магнитный поток; следовательно, в контуре будет индуцироваться э.д.с., это явление называется самоиндукцией

L=0 Соленоид

э.д.с. самоиндукции

.

Если контур не деформируется и магнитная проницаемость среды не изменяется, то L=const и _s=-L

При всяком изменении силы тока в проводящем контуре возникает э. д. с. самоиндукции, в результате чего в контуре появляются дополнительные токи, называемые экстратоками самоиндукции. Согласно правилу Ленца, экстратоки самоиндукции,  всегда направлены так, чтобы препятствовать изменениям тока в цепи, т. е. направлены противоположно току, создаваемому источником. При выключении источника тока экстратоки имеют такое же направление, что и ослабевающий ток.

I=I0e-t/

(4.39)

где =l/r—постоянная, называемая временем релаксации ( время, в течение которого сила тока уменьшается в е раз).

Таким образом, в процессе отключения источника тока сила тока убывает по экспоненциальному закону (кривая I на рис. 4.21). Чем больше индуктивность цепи и меньше ее сопротивление, тем больше  и, следовательно, тем медленнее уменьшается ток в цепи при ее размыкании.

I=I₀(1-e^-t/)

Вопрос 41. Электромагнитная индукция.

Электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. Обратная задача была решена в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции. Оно заключается в том, что при изменении потока магнитной индукции в замкнутом проводящем контуре возникает электрический ток, получивший название индукционного.

Опыт I Если в замкнутый на гальванометр соленоид вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его движения наблюдается отклонение стрелки гальванометра, т.е. возникает индукционный ток. Направления отклонений стрелки зависят от направления движения магнита. Отклонение стрелки гальванометра определяется скоростью движения магнита относительно катушки. При изменении полюсов магнита направление отклонения стрелки изменится. Для получения индукционного тока магнит можно оставлять неподвижным, тогда нужно относительно магнита передвигать соленоид.

Опыт II. Концы одной из катушек, вставленных одна в другую, присоединяются к галь­ванометру, а через другую катушку пропускается ток. Отклонение стрелки гальванометра в противоположных направлениях наблю­дается в моменты включения или выключения тока, в моменты его увеличения или уменьшения или при перемещении катушек относительно друг друга

Возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой электродвижущей силой электро­магнитной индукции. Значение индукционного тока и э.д.с. электромагнитной индукции _i определяются только скоростью изменения магнитного потока, т. е.

формулировка закона электромагнитной индукции Фарадея: какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре э. д. с. выражается формулой . Знак минус показывае, что увеличение потока ( >0) вызывает э. д. с. _i <0, т. е. поле индукционного тока направлено навстречу потоку; уменьшение потока < 0) вызывает _i > 0, т. е. направления потока и поля индукционного тока совпадают. Знак минус в формуле (4.31) определяется правилом Ленца — общим правилом для нахождения направления индукционного тока.

Правило Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот индукционный ток.