Электромагнитная индукция
⚡ Физика · 11 класс
Явление электромагнитной индукции
Электромагнитная индукция — это возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Явление открыл Майкл Фарадей в 1831 году, и оно лежит в основе работы всех генераторов электроэнергии.
Магнитный поток
Магнитным потоком через поверхность называют величину:
Ф = B · S · cos α, гдеS— площадь контура,α— угол между вектором индукции и нормалью к поверхности.
Единица магнитного потока — вебер (Вб). Поток можно изменить тремя способами: меняя индукцию B, площадь S или ориентацию контура (угол α).
Закон электромагнитной индукции
ЭДС индукции в контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой с противоположным знаком:
ε = − ΔФ / Δt
Знак «минус» отражает правило Ленца.
Правило Ленца
Индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать тому изменению потока, которое его вызвало.
Это следствие закона сохранения энергии: если бы ток усиливал причину, энергия возникала бы из ничего. Чтобы поддерживать индукционный ток, всегда приходится совершать работу против сил поля — именно за счёт этой работы и вырабатывается электроэнергия на генераторах.
Чтобы определить направление индукционного тока на практике, удобно рассуждать так: сначала понять, растёт магнитный поток через контур или убывает, а затем направить ток так, чтобы его собственное поле либо ослабляло растущий поток, либо поддерживало убывающий.
Самоиндукция и индуктивность
При изменении тока в самой катушке меняется и созданный им магнитный поток, поэтому в катушке возникает ЭДС самоиндукции. Она препятствует как нарастанию, так и убыванию тока, из-за чего ток в цепи с катушкой не может измениться мгновенно. Свойство катушки характеризуют индуктивностью L (единица — генри, Гн). Она зависит от числа витков, размеров катушки и наличия сердечника. Энергия магнитного поля катушки выражается формулой:
W = L · I² / 2
| Величина | Обозначение | Единица |
|---|---|---|
| Магнитный поток | Ф | вебер |
| ЭДС индукции | ε | вольт |
| Индуктивность | L | генри |
Разбор примера
Магнитный поток через контур уменьшился с 0,8 Вб до 0,2 Вб за 0,3 с. Найдём модуль ЭДС индукции.
ε = ΔФ / Δt = (0,8 − 0,2) / 0,3 = 2 В.
Частые ошибки. ЭДС зависит не от величины потока, а от скорости его изменения. Если поток постоянен, ток не возникает, даже когда поле сильное.
Кратко о главном
- Индукция возникает при изменении магнитного потока через контур.
- Магнитный поток:
Ф = B · S · cos α, измеряется в веберах. - Закон Фарадея:
ε = − ΔФ / Δt. - Правило Ленца — следствие закона сохранения энергии.
- Энергия магнитного поля катушки:
W = L · I² / 2.