Электромагнитная индукция

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра строительной физики и химии
Электромагнитная индукция
Рогожина Татьяна Сергеевна
к.ф.-м.н., доцент

2.

2
Электромагнитная индукция
1. Опыты Фарадея. Явления электромагнитной индукции
2. Правило Ленца. Закон Фарадея
3. Вращение рамки в магнитном поле.
4. Вихревые токи (токи Фуко)
5. Индуктивность контура. Самоиндукция
6. Токи при размыкании и замыкании цепи
7. Взаимная индукция. Трансформаторы
8. Энергия магнитного поля

3.

3
1.Опыты Фарадея. Явления электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции заключается в том, что замкнутом проводящем контуре при
изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрической ток,
получивший название индукционного.
Это явление имеет исключительно важное научное и практическое значение. Открытием этого явления
человечество обязано известному английскому физику Майклу Фарадею (1791 –1867), который был уверен в том,
что если электрический ток создает в пространстве магнитное поле, то должно существовать и обратное явление, т.
е. магнитное поле должно создавать ток. В 1831 г. М. Фарадей провел серию исследований, в результате которых
было выявлено следующее.

4.

4
1. При движении постоянного магнита относительно катушки, подключенной к гальванометру, в ней возникает
ток (стрелка гальванометра отклоняется), направление которого изменяется при изменении направления
движения магнита. Такое же явление наблюдалось, если магнит был неподвижен, а двигалась катушка.
https://youtu.be/ELffdUyETcE - Опыт Фарадея ( 0.47)

5.

5
2. В катушке, подключенной к гальванометру, возникает электрический ток, если относительно нее двигалась
другая катушка, подключенная к источнику постоянного тока.

6.

6
3. Если две катушки располагались на общем каркасе и одна из них подключалась к гальванометру, а другая – к
источнику постоянного тока, то в первой катушке возникает ток при изменении тока в другой. Направление тока в
цепи гальванометра на рисунке соответствует возрастанию тока в другой катушке, это значит, что ползунок
реостата перемещают вверх или замыкают ключ.

7.

7
Во всех рассмотренных случаях ток в цепи гальванометра возникал только при изменении магнитного
потока, который пронизывал витки катушки, подключенной к гальванометру. При этом направление тока,
вызванного возрастанием магнитного потока, было противоположно направлению тока, вызванного его
уменьшением.
Явление возникновения электрического тока (индукционного тока) в замкнутом контуре при изменении
магнитного потока, пронизывающего этот контур, получило название явления электромагнитной индукции.
Также было установлено, что значение индукционного тока абсолютно не зависит от способа изменения потока
магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения (также в опытах Фарадея доказывается, что
отклонение стрелки гальванометра (сила тока) тем больше, чем больше скорость движения магнита, или скорость
изменения силы тока, или скорость движения катушек).
Открытие явления электромагнитной индукции имело огромное значение, поскольку была дана возможность
получения электрического тока с помощью магнитного поля. Этим была установлена взаимосвязь между
электрическими и магнитными явлениями, что в дальнейшем послужило основой для разработки теории
электромагнитного поля.

8.

8
2. Правило Ленца. Закон Фарадея
Для каждого конкретного случая Фарадей указывал направление
индукционного тока. В 1833 г. русский физик Эмилий Христианович Ленц
установил
общее
правило
нахождения
направления
тока:
индукционный ток всегда направлен так, что магнитное поле этого
тока препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот
индукционный ток. Это утверждение носит название правило Ленца.
Например, возьмем соленоид (катушку), замкнутый через гальванометр и
будем приближать или удалять постоянный магнит. В соленоиде возникнет
электрический ток, который обнаружится по отклонению стрелки
гальванометра.
Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) российский
физик немецкого происхождения; является одним из
основоположников электротехники. С его именем связано
открытие закона, определяющего тепловые действия тока, и
закона, определяющего направление индукционного тока.
Профессор и ректор Императорского Санкт-Петербургского
университета, академик.

9.

9
При приближении магнита к соленоиду поток вектора магнитной индукции, пронизывающий витки соленоида,
возрастает, так как увеличивается магнитная индукция поля магнита. Магнитное поле индукционного тока в
соленоиде направлено из соленоида наружу (правило буравчика), то есть компенсирует нарастание поля магнита.
Направление индукционного тока Ii - против часовой стрелки, если смотреть на соленоид со стороны магнита.

10.

10
При удалении магнита от соленоида поток вектора магнитной индукции, пронизывающий витки соленоида,
убывает, так как уменьшается магнитная индукция поля магнита. Магнитное поле индукционного тока в соленоиде
направлено внутрь соленоида (правило буравчика), то есть компенсирует убывание поля магнита. Направление
индукционного тока Ii – по часовой стрелке, если смотреть на соленоид со стороны магнита.

11.

11
Анализируя результаты этих двух примеров, можно сделать вывод: при приближении северного полюса магнита
к соленоиду индукционный ток Ii создаёт магнитное поле, индукция которого