1.10. Явище електромагнітної індукції


Виявлена Ерстедом 1820 р. дія електричного струму на магнітну стрілку показала, що електричні та магнітні явища, які вважалися до цього ізольованими, взаємозалежні. Однак дослід Ерстеда показав тільки один бік цього зв'язку — породження магнітного поля електричним струмом.
Англійський фізик Майкл Фарадей, довідавшись про досліди Ерстеда, почав пошуки зв'язку магнітних явищ з електричними. Він поставив собі на меті дослідити: «Якщо електричний струм створює магнітне поле, то чи не можна за допомогою магнітного поля одержати електричний струм?» 

Пошуки Фарадея тривали з 1821 р. по 1831 р. М. Фарадей (1791-1867 pp.) у 1822 р. записав у своєму щоденнику: «Перетворити магнетизм на електрику». Він неодноразово повертається до цієї думки, вигадуючи один дослід за іншим, а в 1831 р. впритул береться за розв'язання проблеми. 29 серпня 1831 р. учений разом зі своїм асистентом Андерсеном зібрав у лабораторії нескладну установку: на залізне кільце він намотав дві обмотки з ізольованого дроту.
Коли М. Фарадей під'єднав батарею до однієї обмотки, його асистент помітив, як відхилилася стрілка гальванометра, під'єднаного до другої обмотки гальванометра. Відхилилась і заспокоїлась, хоча струм продовжував іти первинною обмоткою. Розчарований, М. Фарадей вирішив вимкнути струм — і в момент розмикання кола стрілка знову відхилилася, але в протилежний бік.
Він провів велику роботу і
виявив винахідливість, наполегливість і завзятість, поки, нарешті, не одержав електричний струм за допомогою магнітного поля. Відкривши явище електромагнітної індукції, Фарадей довів, що магнітне поле може породжувати електричний струм. На основі цього явища заснована сьогодні дія генераторів електричного струму на всіх електростанціях Землі.
Час довів, наскільки велике значення мало відкриття Фарадея. Повторюючи слова Гельмгольца, можна з впевненістю сказати: «Поки люди користуватимуться благами електрики, вони будуть пам'ятати ім'я Фарадея».
Досліди Фарадея.
Повторити досліди Фарадея, що стали відомими, сьогодні може кожний. Зупинімося на двох основних серіях дослідів:
Ø виникнення індукційного струму в котушці під час вставляння магніту;
Ø виникнення індукційного струму в одній котушці під час зміни струму в іншій котушці.
Перша серія дослідів пов'язана з виникненням індукційного струму в котушці під час вставляння й висування магніту.
Дослід показує, що струм у котушці виникає й у тому випадку, коли магніт нерухомий, а котушка надівається чи знімається з нього. Таким чином, індукційний струм виникає під час руху магніту й котушки відносно одне одного.
У другій серії дослідів з виникнення індукційного струму постійний магніт можна замінити котушкою зі струмом: адже котушка зі струмом має властивості магніту. Однак при заміні магніту котушкою зі струмом з'являється додаткова можливість: змінюючи струм у котушці, можна змінювати створюване нею магнітне поле, не рухаючи котушки одну відносно іншої.

Явище електромагнітної індукції
На підставі виконаних дослідів можна зробити висновок: для виникнення електричного струму в замкненому контурі необхідно змінювати магнітне поле, що пронизує цю котушку. Відкрите Фарадеєм явище назвали явищем електромагнітної індукції (від латинського слова «induction» — наведення).

Явище виникнення електричного струму в замкненому провідному контурі внаслідок зміни магнітного поля, що пронизує контур, називають електромагнітною індукцією, а струм, що виникає при цьому, — індукційним.
Виникнення індукційного струму завжди пов'язане із зміною магнітного потоку через контур провідника. Ці зміни можуть відбуватися з різних причин, зокрема через:
ü переміщення постійного магніту відносно нерухомого провідника;
ü переміщення контуру відносно нерухомого магніту;
ü замикання та розмикання струму в обмотці нерухомого електромагніту, розміщеного поблизу провідника;
ü відносне переміщення контуру і електромагніту;
ü зміну індукції магнітного поля електромагніту (виймання осердя при сталому струмі в обмотці або зміну струму реостатом);
ü зміну комутатором напрямку струму в обмотці електромагніту;
ü постійний рух контуру в неоднорідному магнітному полі
ü обертальний рух контуру в однорідному магнітному полі.
Отже, індукційний струм у замкненому контурі виникає тільки тоді, коли змінюється магнітний потік, який проходить через площу, охоплену контуром.

Загальне правило, за допомогою якого можна визначити напрямок індукційного струму в замкненому провіднику, сформулював Е.Х. Ленц:
індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрямок, що створений цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм.
Використовуючи закон Ленца для визначення напряму індукційного струму, треба:
1.                   знайти причину, яка створює індукційний струм;
2.                   вважати, що індукційний струм протидіє цій причині, знайти напрямок його магнітного поля;
3.                   визначити напрямок індукційного струму за напрямком його магнітного поля.
Із закону Ленца можна встановити, що енергія індукційного струму у провіднику утворюється за рахунок тієї енергії, яка витрачається на подолання протидії магнітного поля індукційного струму.

Завдяки явищу електромагнітної індукції можна перетворити механічну енергію в електричну, а також передавати електричну енергію з одного кола в інше.
Тестові завдання.

Немає коментарів:

Дописати коментар