Кто проводил опыты воздействия электрического тока на магниты?
Менделеев
Ампер
сначала Эрстед, затем Ампер
Гук
Электричество рождает магнетизм
Сперва Эрстед в Дании, а потом Ампер с коллегами во Франции в начале XIX века собрали немало свидетельств воздействия электрического тока на магниты: стрелка компаса поворачивалась, если рядом протекал ток, линейный магнит втягивался в соленоид, сталь намагничивалась, будучи помещенной в катушку с током и т.п. Даже утвердилось мнение, что все эффекты, демонстрируемые с постоянными магнитами, можно воспроизвести, создавая электрический ток соответствующей силы и конфигурации или, иначе говоря, магнитные поля возбуждаются движущимися электрическими зарядами.
… а магнетизм – электричество!
Также было установлено, что магнитное поле действует на движущийся электрический заряд (см. сила Ампера и сила Лоренца), но вот доказательств того, что магнитное поле может воздействовать на неподвижный электрический заряд, долгое время получить не удавалось, но многие предполагали – хотя бы в силу симметрии! – что такое воздействие должно существовать. Честь открыть его выпала великому англичанину Майклу Фарадею: он экспериментально установил, что на электрический заряд действует меняющееся магнитное поле, или – другими словами – меняющееся магнитное поле порождает электрическое поле.
Формула и правило
Наиболее изящным выражением закона электромагнитной индукции Фарадея является следующая формула:
,
где – электродвижущая сила (ЭДС), возникающая в замкнутом контуре,
– поток вектора магнитной индукции через поверхность, натянутую на этот контур.
Другими словами ЭДС в контуре есть производная магнитного потока, взятая с обратным знаком.
Представляется, однако, что для лучшего понимания явления необходимо сделать пару пояснений.
Первое: поток вектора (в данном случае вектора ) через поверхность – математическое понятие, это есть сумма произведений , где – очень маленький плоский элемент поверхности, – модуль вектора в точках этого элемента, а – угол между нормалью к выбранному элементу и направлением вектора . Например, если поле однородно, а контур – окружность радиуса , ограничивающая круг, плоскость которого перпендикулярна вектору , то поток вектора через круг .
Второе: ЭДС, обусловленная сторонними силами, которыми в данном случае являются силы электрического поля, созданного не зарядами, а изменением магнитного поля, возбуждает в замкнутом контуре электрический ток, чье направление задается знаком минус в вышеприведенной формуле закона Фарадея. Но практически проще и физически осмысленнее (и глубже) определять его, опираясь на правило Ленца: индукционный ток производит магнитное поле, призванное компенсировать изменение потока вектора магнитной индукции исходного поля, породившее ток. К примеру, если поток индукции исходного поля уменьшается, то ток потечет таким образом, что порожденное им магнитное поле будет увеличивать поток результирующего (т.е. суммы векторов исходного и возникшего полей) вектора магнитной индукции.
Как этим пользоваться. Задача
Рассмотрим следующую задачу.
В одной плоскости расположены две квадратные рамки, изготовленные из одной и той же проволоки, причем на меньшую рамку пошло вполовину меньше провода. Сила тока, наведенная в большей рамке при изменении магнитного поля, составляет . Какова сила тока, наведенная в меньшей рамке?
Дано:
Решение
По закону электромагнитной индукции ЭДС в контуре , – поток вектора магнитной индукции через рамку. Рамки квадратные, а значит площадь меньшей из них меньше в 4 раза, как и производная потока , а значит и ЭДС Е (считаем магнитное поле однородным). Ток в рамке есть отношение ЭДС к сопротивлению рамки, у меньшей рамки оно вдвое меньше, соответственно .
Ответ: .
Не получается самостоятельно разобраться с темой? Заказать написание статьи по физике!
Комментарии