Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции

 Правило Ленца. Опыт, демонстрирующий правило Ленца

На­прав­ле­ние ин­дук­ци­он­но­го тока в кон­ту­ре опре­де­ля­ет­ся пра­ви­лом Ленца. Это пра­ви­ло уста­нав­ли­ва­ет­ся при по­мо­щи сле­ду­ю­ще­го опыта. Име­ет­ся два алю­ми­ни­е­вых коль­ца, со­еди­нен­ных алю­ми­ни­е­вой пе­ре­кла­ди­ной. Одно из этих колец имеет раз­рез (не за­мкну­тое), вто­рое коль­цо сплош­ное. Пе­ре­кла­ди­на уста­нов­ле­на на острие иглы, ко­то­рая за­креп­ле­на на под­став­ке. При­бли­жа­ем маг­нит к коль­цу, име­ю­ще­му раз­рез, – видно, что с си­сте­мой ни­че­го не про­ис­хо­дит. При при­бли­же­нии маг­ни­та к за­мкну­то­му концу, си­сте­ма на­чи­на­ет по­во­ра­чи­вать­ся (коль­цо от­тал­ки­ва­ет­ся от по­лю­са маг­ни­та) (см. Рис. 1). Если же на­деть коль­цо на маг­нит и затем вы­тя­ги­вать маг­нит из него, то коль­цо тя­нет­ся за маг­ни­том.

Рис. 1. Опыт Ленца

При­бли­же­ни­ем или уда­ле­ни­ем маг­ни­та от сплош­но­го коль­ца мы ме­ня­ем маг­нит­ный поток, ко­то­рый про­ни­зы­ва­ет пло­щадь коль­ца. Со­глас­но тео­рии яв­ле­ния элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции, в коль­це дол­жен воз­ник­нуть ин­дук­ци­он­ный элек­три­че­ский ток. Из опы­тов Ам­пе­ра из­вест­но, что там, где про­хо­дит ток, воз­ни­ка­ет маг­нит­ное поле. Сле­до­ва­тель­но, за­мкну­тое коль­цо на­чи­на­ет вести себя как маг­нит. То есть про­ис­хо­дит вза­и­мо­дей­ствие двух маг­ни­тов (по­сто­ян­ный маг­нит, ко­то­рый мы дви­га­ем, и за­мкну­тый кон­тур с током).

Так как си­сте­ма не ре­а­ги­ро­ва­ла на при­бли­же­ние маг­ни­та к коль­цу с раз­ре­зом, то можно сде­лать вывод, что ин­дук­ци­он­ный ток в неза­мкну­том кон­ту­ре не воз­ни­ка­ет.

При­чи­ны от­тал­ки­ва­ния или при­тя­ги­ва­ния коль­ца к маг­ни­ту

1. При при­бли­же­нии маг­ни­та

При при­бли­же­нии по­лю­са маг­ни­та коль­цо от­тал­ки­ва­ет­ся от него. То есть оно ведет себя как маг­нит, у ко­то­ро­го с нашей сто­ро­ны такой же полюс, как у при­бли­жа­ю­ще­го­ся маг­ни­та. Если мы при­бли­жа­ем се­вер­ный полюс маг­ни­та, то век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции коль­ца с ин­дук­ци­он­ным током на­прав­лен в про­ти­во­по­лож­ную сто­ро­ну от­но­си­тель­но век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции се­вер­но­го по­лю­са маг­ни­та (см. Рис. 2).

Рис. 2. При­бли­же­ние маг­ни­та к коль­цу

2. При уда­ле­нии маг­ни­та от коль­ца

При уда­ле­нии маг­ни­та коль­цо тя­нет­ся за ним. Сле­до­ва­тель­но, со сто­ро­ны уда­ля­ю­ще­го­ся маг­ни­та у коль­ца об­ра­зо­вы­ва­ет­ся про­ти­во­по­лож­ный полюс. Век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции коль­ца с током на­прав­лен в ту же сто­ро­ну, что и век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции уда­ля­ю­ще­го­ся маг­ни­та (см. Рис. 3).

Рис. 3. Уда­ле­ние маг­ни­та от коль­ца

Из дан­но­го опыта можно сде­лать вывод, что при дви­же­нии маг­ни­та коль­цо ведет себя также по­доб­но маг­ни­ту, по­ляр­ность ко­то­ро­го за­ви­сит от того, уве­ли­чи­ва­ет­ся или умень­ша­ет­ся маг­нит­ный поток, про­ни­зы­ва­ю­щий пло­щадь коль­ца. Если поток воз­рас­та­ет, то век­то­ры маг­нит­ной ин­дук­ции коль­ца и маг­ни­та про­ти­во­по­лож­ны по на­прав­ле­нию. Если маг­нит­ный поток сквозь коль­цо умень­ша­ет­ся со вре­ме­нем, то век­тор ин­дук­ции маг­нит­но­го поля коль­ца сов­па­да­ет по на­прав­ле­нию с век­то­ром ин­дук­ции маг­ни­та.

На­прав­ле­ние ин­дук­ци­он­но­го тока в коль­це можно опре­де­лить по пра­ви­лу пра­вой руки. Если на­пра­вить боль­шой палец пра­вой руки по на­прав­ле­нию век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции, то че­ты­ре со­гну­тых паль­ца ука­жут на­прав­ле­ние тока в коль­це (см. Рис. 4).

Рис. 4. Пра­ви­ло пра­вой руки

 Закон электромагнитной индукции

При из­ме­не­нии маг­нит­но­го по­то­ка, про­ни­зы­ва­ю­ще­го кон­тур, в кон­ту­ре воз­ни­ка­ет ин­дук­ци­он­ный ток та­ко­го на­прав­ле­ния, чтобы своим маг­нит­ным по­то­ком ком­пен­си­ро­вать из­ме­не­ние внеш­не­го маг­нит­но­го по­то­ка.

Закон элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции

Если внеш­ний маг­нит­ный поток воз­рас­та­ет, то ин­дук­ци­он­ный ток своим маг­нит­ным полем стре­мит­ся за­мед­лить это воз­рас­та­ние. Если маг­нит­ный поток убы­ва­ет, то ин­дук­ци­он­ный ток своим маг­нит­ным полем стре­мит­ся за­мед­лить это убы­ва­ние.

Эта осо­бен­ность элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции вы­ра­жа­ет­ся зна­ком «минус» в фор­му­ле ЭДС ин­дук­ции.

Закон элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции

При из­ме­не­нии внеш­не­го маг­нит­но­го по­то­ка, про­ни­зы­ва­ю­ще­го кон­тур, в кон­ту­ре воз­ни­ка­ет ин­дук­ци­он­ный ток. При этом зна­че­ние элек­тро­дви­жу­щей силы чис­лен­но равно ско­ро­сти из­ме­не­ния маг­нит­но­го по­то­ка, взя­той со зна­ком «-».

Пра­ви­ло Ленца яв­ля­ет­ся след­стви­ем за­ко­на со­хра­не­ния энер­гии в элек­тро­маг­нит­ных яв­ле­ни­ях.