Явление электромагнитной индукции

Введение

Во второй половине XIX века в физике было сделано одно из важнейших открытий, оказавших огромное влияние на развитие науки и техники, — открытие явления электромагнитной индукции. Благодаря этому явлению стало возможным получение электрического тока без использования химических источников, таких как батарейки и аккумуляторы. Именно на явлении электромагнитной индукции основана работа электростанций, генераторов, трансформаторов и множества электрических устройств, которые окружают человека в повседневной жизни.

Ранее было установлено, что электрический ток создаёт вокруг себя магнитное поле. Однако долгое время оставался открытым вопрос: возможно ли получить электрический ток с помощью магнитного поля? Ответ на этот вопрос дал английский учёный Майкл Фарадей, который в 1831 году экспериментально открыл явление электромагнитной индукции.

Изучение этого явления позволяет понять, каким образом магнитное поле связано с возникновением электрического тока, а также объясняет принципы преобразования различных видов энергии в электрическую.

Сущность явления электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция — это явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля, пронизывающего этот контур.

Возникающий при этом ток называют индукционным током. В отличие от тока, создаваемого источником напряжения, индукционный ток существует только в момент изменения магнитного поля. Если магнитное поле остаётся постоянным, индукционный ток не возникает.

Таким образом, важным условием появления индукционного тока является изменение магнитного потока, связанного с контуром.

Опыты Фарадея

Открытие явления электромагнитной индукции стало возможным благодаря ряду опытов, проведённых Майклом Фарадеем. Рассмотрим два основных опыта, имеющих фундаментальное значение.

Первый опыт Фарадея

В первом опыте использовалась катушка из медного провода, соединённая с гальванометром. Если вносить магнит внутрь катушки или вынимать его из неё, стрелка гальванометра отклоняется, что свидетельствует о появлении электрического тока в катушке.

При этом наблюдаются следующие особенности:

• ток возникает только во время движения магнита;

• при остановке магнита ток исчезает;

• при изменении направления движения магнита направление индукционного тока меняется на противоположное.

Этот опыт показал, что причиной возникновения индукционного тока является изменение магнитного поля внутри катушки.

Второй опыт Фарадея

Во втором опыте использовались две катушки, расположенные рядом друг с другом. Одна катушка подключалась к источнику тока, а другая — к гальванометру. При замыкании или размыкании цепи в первой катушке во второй катушке кратковременно возникал ток, что фиксировалось отклонением стрелки гальванометра.

Особенности этого опыта:

• ток во второй катушке появляется только в моменты включения и выключения тока в первой;

• при постоянном токе в первой катушке индукционный ток во второй отсутствует;

• изменение силы тока в первой катушке приводит к появлению индукционного тока во второй.

Этот опыт доказал, что изменяющееся магнитное поле, создаваемое электрическим током, также может вызывать индукционный ток в соседнем проводнике.

От чего зависит индукционный ток

В результате опытов Фарадея было установлено, что индукционный ток зависит от нескольких факторов:

1. Скорости изменения магнитного поля
   Чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше величина индукционного тока.

2. Величины магнитного поля
   Более сильное магнитное поле вызывает больший индукционный ток при его изменении.

3. Площади контура
   Чем больше площадь замкнутого контура, тем больший магнитный поток через него проходит, а значит, тем больше может быть индукционный ток.

4. Числа витков катушки
   В катушке с большим числом витков индукционный ток сильнее, чем в одиночном витке.

5. Сопротивления цепи
   При большем сопротивлении проводника величина индукционного тока уменьшается.

Таким образом, индукционный ток зависит не только от магнитного поля, но и от характеристик самого проводника.

Практическое значение электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции широко используется в технике и энергетике. На его основе работают:

• электрические генераторы;

• трансформаторы;

• индукционные плиты;

• беспроводные зарядные устройства;

• измерительные приборы.

Благодаря этому явлению стало возможным промышленное производство электрической энергии и её передача на большие расстояния.

Вопросы для самопроверки

1. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

2. При каком условии возникает индукционный ток в замкнутом контуре?

3. Почему индукционный ток исчезает при постоянном магнитном поле?

4. Опишите первый опыт Фарадея и его результаты.

5. В чём заключается второй опыт Фарадея?

6. Как изменяется направление индукционного тока при изменении направления движения магнита?

7. От каких физических величин зависит индукционный ток?

8. Почему увеличение числа витков катушки усиливает индукционный ток?

9. Где в повседневной жизни используется явление электромагнитной индукции?