Явление электромагнитной индукции.

   Открытое в 1831 году Фарадеем явление электромагнитной индукции состоит в  том, что в любом замкнутом контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электродвижущая сила, величина которой пропорциональна скорости изменения магнитного потока:

 Eинд=-DФ/Dt

  Магнитный поток - это  физическая  величина, численно равная  количеству  ЛМИ, пронизывающих контур.

Ф=ВScosa

[Ф]=Вебер=Тл.м2

   В проводящем контуре существование ЭДС индукции приводит   к  появлению  индукционного  тока.  Знак минус   в   формуле   соответствует   правилу    Ленца, согласно    которому    направление    индукционного тока  всегда  таково,  что  создаваемое  им магнитное поле   препятствует   изменению  магнитного  потока, вызывающего индукционный ток. 

ЭДС индукции в движущихся проводниках.

  Изменение магнитного потока через контур, вызывающее появление ЭДС индукции, может происходить как за счет изменения магнитного поля, так и за счет изменения ориентации и формы контура.

   В  тех случаях, когда магнитное поле не изменяется во времени, а магнитный поток через контур изменяется из-за движения проводников контура в магнитном поле (изменения площади контура S), причиной возникновения ЭДС индукции является сила Лоренца.

  Рассмотрим прямоугольный контур в однородном магнитном поле,  вектор индукции В  которого составляет угол a с плоскостью контура. Если провод скользит с постоянной скоростью v , то с такой же скоростью двигаются и заряды в нем. Следовательно, на них будет действовать сила Лоренца, равная  Fл=qvBsina,   и направленная вдоль проводника. Работа этой силы по переносу заряда по проводнику равна A=Fl, и ЭДС индукции по модулю равна  E=A/q.

   С другой стороны, за время Dt площадь контура изменяется на величину DS=lVDt, а магнитный поток: DФ=BVlsinaDt.

Итак, ЭДС индукции будет равна: E=BVlsina

ЭДС индукции в неподвижных проводниках.

  Если изменение магнитного потока через контур связано с изменением магнитного поля, то причина возникновения ЭДС индукции иная. В общем случае, сила, действующая на электрический заряд q, складывается из силы   qE и силы Лоренца qVBsina. Т.к. движущихся проводников в данном случае нет, то сила Лоренца уже не может быть ответственной за возникновение ЭДС индукции.

  Остаётся допустить, что в области, где существует переменное магнитное поле, возникает электрическое поле, которое и обусловливает возникновение индукционного тока  в замкнутом контуре, т.е.  работа сил  этого  электрического  поля поля по замкнутому контуру уже не равна нулю. Поэтому, в отличие от потенциального электростатического поля, это электрическое поле называют вихревым.

   Итак,  переменное  магнитное   поле     создает    в   каждой   точке   пространства

вихревое электрическое поле. Чем быстрее меняется магнитное поле В, тем больше величина вихревого электрического E.

Самоиндукция. Индуктивность.

Если по катушке идет пepeмeнный ток, то магнитный поток, пронизывающий катушку, меняется. Поэтому возникает ЭДС индукции в том же самом проводнике, по  которому идет ток. Это явление называют самоиндукцией. При самоиндукции проводящий контур играет двоякую роль: по нему протекает ток, создающий переменное магнитное поле, и в нем же возникает ЭДС индукции. 

  Явление самоиндукции подобно явлению инерции в механике. За счет самоиндукции при замыкании цепи сила тока не сразу приобретает определенное значение, а нарастает постепенно. Выключая источник, мы прекращаем ток  сразу. Самоиндукция его поддерживает некоторое время, несмотря на сопротивление цепи.

Модуль B вектора индукции магнитного поля, создаваемого током, пропорционален  силе тока. Так как магнитный поток Ф пропорционален В, то Ф~В~I, следовательно:  

Ф=LI

 где  L- индуктивность контура. Это физическая величина, числено равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с. Зависит от числа витков, размеров, формы и сердечника катушки. Измеряется в генри (Гн).

Используя закон электромагнитной индукции и формулу для индуктивности контура, получаем равенство:

 Eинд=-L(DI/Dt)