Електромагнітна індукція
Визначення явища електромагнітної індукції відповідно формулюють так: явище виникнення в замкненому провіднику електричного струму внаслідок зміни магнітного потоку, що пронизує контур провідника.
Якщо в котушку, сполучену з гальванометром, вставити магніт, а потім рухати їх разом так, щоб вони одне відносно одного залишались у спокої, то індукційний струм не виникатиме (магнітний потік, що пронизує контур котушки, залишається сталим). Не виникає індукційний струм і в разі поступального руху замкненого провідника в однорідному полі вздовж силових ліній.
Явище виникнення електричного струму в замкнутому провіднику, що знаходиться в змінному магнітному полі, називається електромагнітною індукцією.
Напрямок індукційного струму. Правило Ленца. Майкл Фарадей, аналізуючи проведені досліди, встановив, що напрямок індукційного струму в провіднику залежить від того, збільшується (ΔΦ > 0) чи зменшується (ΔΦ < 0) магнітний потік через його контур. Загальне правило, за допомогою якого можна визначити напрямок індукційного струму в замкненому провіднику, сформулював у 1833 р. російський фізик Емілій Християнович Ленц (1804-1865).
Індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрямок, що створюваний цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм. (Правило Ленца випливає із закону збереження енергії.)
Припустимо, що до замкненого витка (чи котушки) наближається зі швидкістю v постійний магніт північним полюсом N. При цьому магнітний потік через контур витка зростає (ΔΦ > 0). Отже, за правилом Ленца у витку повинен виникнути індукційний струм такого напрямку, щоб власним магнітним полем протидіяти зростанню зовнішнього магнітного потоку. Для цього потрібно «не пустити» магніт у виток, тобто відштовхнути його. Це означає, що внутрішнє магнітне поле індукційного струму буде напрямлене проти зовнішнього поля постійного магніту.
З віддаленням постійного магніту від витка магнітний потік через його контур зменшується (ΔΦ < 0). Щоб протидіяти цьому, потрібно «не відпускати» магніт, тобто притягувати його. Це означає, що магнітне поле індукційного струму буде однакового напрямку із зовнішнім, тобто з боку магніту матиме південний полюс S. За правилом свердлика (чи букв) з'ясовуємо, що індукційний струм у витку має проходити за стрілкою годинника.
Правило визначення напряму індукційного струму (правило правої руки)
У випадку виникнення індукційного струму в прямому провіднику (який є ділянкою замкненого кола)і рухається в зовнішньому магнітному полі перпендикулярно до ліній індукції, тобто перетинає їх), напрямок індукційного струму можна визначити за правилом правої руки: праву руку треба розмістити в магнітному полі так, щоб силові лінії входили в долоню, а відставлений під прямим кутом великий палець збігався з напрямком переміщення провідника. Тоді чотири витягнуті пальці вкажуть напрямок індукційного струму в цьому провіднику.
Щоб одержати індукційний струм у кільці за допомогою магніту, кільце і магніт рухали з відносною швидкістю, що дорівнювала нулю. Чи виникав за таких умов індукційний струм у кільці?
Чи завжди утворюється індукційний струм у металевому кільці зі зміною в його площині: а) магнітного потоку; б) індукції магнітного поля?
Магніт у вакуумі вільно падає південним полюсом у центр дротяного кільця. Яким буде напрямок індукційного струму в разі наближення магніту до кільця?
Крізь провідне кільце, розташоване горизонтально, падають з однакової висоти алюмінієвий брусок і магніт. Що впаде першим?
Завдання для самостійного дослідження
Закон Фарадея
Опис
Дослідіть закон Фарадея, як рух магніта спричиняє струм!
Навчальні цілі
Поясніть, що відбувається, коли магніт проходить через котушку з різною швидкістю і як це впливає на яскравість лампи і величину і знак напруги.
Поясніть різницю між переміщенням магніту через котушку з правого боку в порівнянні таким же переміщенням з лівого боку.
Поясніть різницю між рухом магніту через велику котушку у порівнянні з таким же рухом через меншу котушку.