Открытие Эрстеда
В 1820 году датский физик Ганс Христиан Эрстед обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что привело к возникновению новой области физики – электромагнетизма. Это событие было с энтузиазмом встречено представителями школы немецкой классической философии. Факты, указывающие на существование связи между электрическими и магнитными явлениями, были известны задолго до открытия Эрстеда. Еще в XVII веке наблюдали случаи перемагничения стрелки компаса после удара молнии.
Интерес представителей немецкой классической философии к открытию Эрстеда не был случайным. Сам Эрстед находился под сильным влиянием философии Шеллинга. Учение о целостности мира, о его развитии, о борьбе полярных сил, о всеобщей связи явлений чрезвычайно импонировало датскому физику. Не случайно в брошюре, посвященной своему открытию, он назвал процесс, происходящий в проволоке, соединяющей полюсы гальванического элемента, не электрическим током, а «электрическим конфликтом». Открытие Эрстеда шеллингианцы и гегельянцы рассматривали как успех своей философской системы. Они справедливо отмечали, что физика могла рассматривать химические, электрические и магнитные явления как независимые лишь до открытия гальванизма.
Исследования магнитного действия электрического тока привели Эрстеда к выводу, что «электрический конфликт, по-видимому, не ограничен проводящей проволокой, но имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки». Далее следует еще более важное наблюдение: «Кроме того, из сделанных наблюдений можно заключить, что этот конфликт образует вихрь вокруг проволоки». Другими словами, Эрстед подметил вихревой характер магнитного поля.
Исследования электромагнетизма
Открытие Эрстеда вызвало широкий резонанс и инициировало новые исследования. В сентябре 1820 года Араго показал, что провод с током притягивает железные опилки. Месяц спустя Жан Батист Био и Феликс Савар доложили об экспериментальном установлении закона действия прямого электрического тока на элементарный магнит. Пьер Симон Лаплас придал закону Био и Савара строгую математическую форму закона элементарного взаимодействия между элементом тока и намагниченной точкой. Эта формула с тех пор практически не претерпела изменений и сегодня известна как закон Био-Савара-Лапласа для магнитной индукции элемента тока:
(10.1)
где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц измерения.
Наиболее значимый вклад в изучение электромагнетизма внес французский физик Андре Мари Ампер. В течение 1820 года он сделал ряд сообщений в Парижской Академии наук, посвященных исследованию этого нового явления. Ампер различает два основных понятия: электрический ток и электрическое напряжение. Под электрическим током Ампер понимал перенос электрического заряда по замкнутой «цепи проводящих и электродвижущих тел», а под его направлением – направление движения положительного заряда.
Рис. 24. Станок Ампера
сли Эрстедом было установлено взаимодействие магнита с электрическим током, то Ампер впервые установил механическое взаимодействие двух проводников с током. С этой целью он исследовал поведение подвижных проволочных контуров прямоугольной формы, которые крепились в специальных приспособлениях (станках Ампера) на двух вертикальных остриях, опирающихся о днища двух чашек с ртутью (рис. 24). Вследствие ничтожного трения в игольчатых подшипниках рамка могла свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси, оставаясь все время включенной в цепь с помощью ртутных контактов. Приближая к подвижной рамке другую, неподвижную, Ампер наблюдал взаимодействие токов. Он обнаружил, что токи, направленные одинаково, притягиваются друг к другу, а токи, направленные противоположно, отталкиваются друг от друга. Пользуясь таким станком, Ампер изучал как взаимодействие двух токов, так и действие на подвижную рамку с током постоянного магнита. Результаты его исследований мы сегодня объединяем в одной формуле, задающей механическую силу, действующую на элемент проводника с током во внешнем магнитном поле 
:
(10.2)
Ампер пришел к идее чисто токового происхождения явления магнетизма. Согласно его теории, все магнитные взаимодействия сводятся к взаимодействию скрытых в твердых телах круговых молекулярных токов, каждый из которых эквивалентен плоскому магниту – так называемому магнитному листку. На этой основе он разработал представление о магните «как о совокупности электрических токов, расположенных в плоскостях, перпендикулярных к линии, соединяющей полюсы магнита». Следующим логическим шагом, непосредственно следующим из предыдущего, был вывод, что спираль, обтекаемая постоянным электрическим током (соленоид), должна быть эквивалентна постоянному магниту. И Ампер сделал этот вывод. В 1822 году с помощью своего станка он экспериментально исследовал поведение соленоида в магнитном поле постоянного магнита и убедился в абсолютной справедливости своих теоретических выводов. Соленоид с током вел себя как прямой постоянный магнит, направление от южного полюса к северному в котором было связано с направлением обтекания током витков правилом правого винта. Когда Ампер убирал постоянный магнит, соленоид с током подобно магнитной стрелке компаса устанавливался в направлении магнитного меридиана Земли. Взаимодействие же двух соленоидов с током было абсолютно идентично взаимодействию двух прямых постоянных магнитов. Наконец, Амперу принадлежит идея усиления магнитного поля соленоида путем введения внутрь последнего железного сердечника из мягкого железа.
Развитие электродинамики и открытия физиков
Достижения электростатики и открытие закона Кулона, казалось, определили последующий путь развития науки про электричество: сбор экспериментальных данных в области электростатики, совершенствование электростатических приборов, создание математической теории электростатических и магнитостатических явлений.
Электростатика
А. Вольта ввел понятие напряжения и выявил связь между количеством электричества, емкостью и напряжением. Научное сообщество отметило заслуги Вольта присвоением единице напряжения наименования «вольт». Математическая теория электростатики успешно создавалась Пуассоном, Грином, Гауссом и другими учеными.
А Вольта
Если до начала XIX в. электрические и магнитные явления рассматривались как две совершенно отдельные области физики и лишь немногие ученые (например, Эпинус) высказывали мнение, что при всех их отличиях электрические и магнитные явления каким-то образом взаимосвязаны, то уже российский академик В. В. Петров и знаменитый английский химик Хэмфри Дэви (1778–1829) обратили внимание на то, что электрическая дуга, которая возникает между угольными электродами, притягивается или
отталкивается сильным магнитом.
Открытие Эрстеда и начало электромагнитизма
Логично было допустить мысль об обратном действии электрического тока на движущийся магнит. Эта идея была впервые успешно решена датским физиком Хансом Христианом Эрстедом (1777–1851). В 1819 г. он установил действие проводника с током на магнитную стрелку. Это открытие привело к формированию электродинамики и практического
использования электромагнетизма.
Закон Био-Савара-Лапласа
В 1820 г. Д. Араго экспериментально обнаружил факт намагничивания железных опилок электрическим током, а немецкий физик Томас Зеебек (1770–1831), который в 1821 г. открыл явление термоэлектричества, впервые использовал железные опилки для определения формы силовых линий магнитного поля вокруг проводников с током различной формы.
Закон Био-Савара Лапласа
Тогда же французские физики Ж. Био и Франц Савар (1791–1841) экспериментально измерили магнитное поле прямого электрического тока, а Лаплас записал формулу для взаимодействия между сегментом тока и намагниченной точкой. Так был установлен один из законов электродинамики — закон Био-Савара-Лапласа.
Ампер и начало электродинамики
Наиболее значительный вклад в развитие электромагнетизма внес французский ученый Андре Мари Ампер (1775–1836), который назвал новую отрасль физики «электродинамикой», и это название сохранилось до наших дней.
Ампер
Повторив опыты Эрстеда, Ампер установил так называемое «Правило пловца» для определения отклонения магнитной стрелки магнитным полем электрического тока.
Основательные экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия тока и магнита привели Ампера к открытию правил взаимодействия электрических токов и к формированию теории магнетизма.
В основу этой теории он положил гипотезу, согласно которой магнитные взаимодействия — это взаимодействия круговых электрических токов, тем самым установив тесную взаимосвязь между электричеством и магнетизмом.
Открыв явление взаимодействия токов, он установил в 1823 г. основной закон электродинамики — закон Ампера, определяющий силу взаимодействия между проводниками с током.
Уже в 1820 г. Ампер доказал, что магнитное действие электричества может быть использовано для измерения силы тока, и тем самым подтвердил одно из важнейших последствий открытия Эрстеда — начало количественных исследований электрического тока.
К этому выводу пришел и немецкий физик Иоганн Кристиан Поггендорф (1796–1877), основоположник одного из ведущих физических журналов «Анналы физики», который построил в 1821 г. один из первых гальванометров, что давал количественные показатели, а в 1826 г. ввел зеркальный отсчет в электроизмерительных приборах.
Иоганн Поггендорф изобретатель реостата
Георг Ом и законы электрических цепей
Важные экспериментальные исследования законов цепей электрического тока совершил в 1825 г. немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854).
В 1826 г. Ом сформулировал основной закон электрической цепи — закон Ома .
Признание этого закона несколько затянулось. Лишь после применения многими физиками более совершенных методов измерения, которые подтвердили выводы Ома, и опровержения некоторых его ошибочных взглядов закон Ома получил всеобщее признание.
Законы Кирхгофа
Особая заслуга в этом принадлежит немецкому физику Густаву-Роберту Кирхгофу (1824–1887), который в течение 1845–1849 гг. теоретически исследовал прохождение электрического тока по проводникам различной конфигурации и по разветвленных цепях.
Кирхгоф воспользовался теорией потенциала, разработанной английским математиком Джорджем Грином, который в 1828 г. в работе «Опыт применения математического анализа в теории электричества и магнетизма» ввел понятие потенциала.
Опираясь на работы М. В. Остроградского (1801–1861), который открыл ряд теорем о потенциале, и на исследования других ученых, Грин ввел в теорию электричества современное понятие о потенциале и в более общем виде сформулировал закон Ома.
Роберт Кирхгоф
Это дало Кирхгофу возможность в 1847 г. установить закономерности прохождения электрического тока в разветвленных цепях, так называемые правила Кирхгофа. Эти законы сейчас широко используются при последовательном и параллельном соединении резисторов, источников электрической энергии, шунтировании.
X. Дэви установил в 1821 г. зависимость сопротивления проводника от его длины и поперечного сечения, обнаружил его изменение с изменением температуры. Этот закон теперь хорошо известен; значительно меньше известно, кто его открыл.
Фарадей и электромагнитная индукция
Новый важный этап в развитии электродинамики связан с именем выдающегося английского физика Майкла Фарадея (1791–1867), который совершил фундаментальные открытия в сфере электричества и магнетизма и сыграл значительную роль в их практическом применении.
Родился Фарадей в пригороде Лондона в семье кузнеца, которая воспитывала у детей любовь к труду, честность, гордость. Не имея возможности из-за материальных условий закончить даже начальную школу, он в двенадцатилетнем возрасте начал работать в переплетной мастерской книжной лавки. Там он имел возможность читать книги и этим, как и посещением воскресных лекций, заполнять пробелы в своем образовании.
Фарадей
Слушая и восхищаясь лекциями известного английского ученого, профессора королевского института X. Дэви, Фарадей попросил принять его на работу в институт.
В 1813 г. Дэви взял Фарадея в институт, и здесь прошла вся его научная деятельность. Позже Дэви говорил, что Фарадей является его «величайшим открытием».
Первые опыты Фарадея были посвящены химии. Он впервые добыл жидкий хлор и выполнил ряд важных работ по сжижению газов, а в 1825 г. получил бензол.
Его научная популярность быстро росла.
В 1824 г. его избирают членом Лондонского королевского общества, а в следующем году он возглавил лабораторию Королевского института.
Уже в 1821 г. Фарадей, исходя из диалектической идеи о двусторонней связи между электричеством и магнетизмом, поставил перед собой задачу найти электродинамический аналог электростатической индукции — «превратить магнетизм в электричество».
В этом же году была напечатана первая серия его знаменитых «Экспериментальных исследований по электричеству», а последняя, тридцатая, вышла в свет в 1855 г.
В этих сериях, что состоят из 3000 параграфов, отражены взгляды, мысли и результаты научных экспериментов почти двадцатипятилетней исследовательской деятельности Фарадея, в течение которой он подробно исследовал явление электромагнитной индукции, вывел законы, определяющие электродвижущую силу индукции, впервые исследовал открытое им явление самоиндукции и экстратоков замыкания и размыкания.
Открытие электромагнитной индукции
Ему принадлежат также первые предсказания, что электрические и магнитные действия не передаются непосредственно от тела к телу, а переносятся через диэлектрическую среду, которая лежит между ними, и эта среда существенно влияет на ход электрического явления.
Следует заметить, что открытие электромагнитной индукции сразу же приобрело большое научное и практическое значение и способствовало быстрому построению первых генераторов электрического тока.
Фарадей впервые доказал, что все виды электричества, известные в то время, — термоэлектричество, гальваническое, статическое и индукционное — имеют единую природу, качественно тождественны между собой и отличаются только количеством и интенсивностью.
При установлении законов электролиза (1833–1834) Фарадей ввел и основную терминологию этого явления.
Электродинамика
В 1845 г. ученый открыл диамагнетизм и парамагнетизм, а в 1846 г. впервые наблюдал непосредственное воздействие магнитного поля на свет и открыл магнитное вращение плоскости поляризации.
Это стало важной вехой в последующей формулировке электромагнитной теории света Дж. Максвеллом.
Генри, Ленц и Джоуль
Исследованиями в этом новом направлении, указанном Фарадеем, занималось много физиков. Джозеф Генри, который, как предполагают, еще до Фарадея открыл явление индукции, выявил также явление самоиндукции.
Особенную роль сыграли работы Генри, которые описывали «ток высшего порядка», то есть ток, индуцированный другим индуцированным током.
Это правило Ленца, сформулированное им в виде динамического закона, сыграло принципиальную роль при конструировании первых электрических
машин, осуществленных Ленцем вместе с российским физиком и электротехником Б. С. Якоби (1802–1874).
В 1842 Ленц установил (параллельно с английским физиком Д. Джоулем) закон теплового воздействия электрического тока — закон Джоуля-Ленца, который сыграл существенную роль в установлении закона сохранения и превращения энергии.
Концепция физического поля
Детальный анализ электрических и магнитных характеристик материи привел Фарадея к радикально новой фундаментальной идеи — идеи поля. Другие физики рассуждали в терминах «обычного притяжения и отталкивания». На сознание ученых все еще сильно влияли успехи Ньютона, формула закона притяжения которого так потрясающе
исполнялась в небесной механике.
Подобный этой формуле закон Кулона позволил создать математическую теорию электростатики и магнитостатики. Ампер сумел вписать в эту схему и электромагнетизм.
Необходимо было сделать обобщение закона Ампера, чтобы он описывал индукционные явления, выявленные Фарадеем.
Этой целью задался Вильгельм Вебер, который сумел вывести формулу взаимодействия частиц, имеющих электрический заряд.
Но эта формула включала не только заряды частиц и их расположение, но также скорость и ускорение, что делало ее тяжелой для расчетов и совершенно непохожей на формулы Ньютона и Кулона.
Пространство рассматривалось Ньютоном и другими учеными как пассивное вместилище тел и электрических зарядов. У Фарадея же пространство участвует в явлениях — оно как раз и представляет собой сосредоточение явлений.
Работами Фарадея, Ленца и других ученых в области электромагнетизма была подготовлено то звено в развитии науки, на базе которого исследованиями английского физика Д. Максвелла была завершена теоретическая разработка классической электродинамики.
Электромагнитная индукция
Кратко и понятно, что такое электромагнитная индукция, магнитный поток, индукционный ток, эдс индукции и изменения в замкнутом контуре при прохождении через магнитное поле.
Электромагнитная индукция
В чем заключается
Ученый Эрстед из Дании в 1820 году выяснил, что электрический ток, или движущийся электрический заряд, создает магнитное поле в пространстве вокруг себя.
Под проводником он поместил магнитную стрелку, показывающую направление магнитного поля земли.
Для чистоты эксперимента Эрстед совместил направление стрелки и положение проводника.
При подачи напряжения на проводник, под воздействием магнитного поля стрелка повернулась относительно проводника перпендикулярно и следовательно поле появилось.
При отключении тока стрелка возвратилась в прежнее состояние.
Но возможен ли обратный процесс и как его называют?
Именно эта проблема заинтересовала известного британского физика Майкла Фарадея.
В 1831 году он поставил следующий эксперимент.
Две катушки наматываются на одном деревянном основании; витки второй помещаются между витками первой и изолируются.
Выводы первой катушки подключены к источнику тока, а выводы второй подключены к амперметру.
Между контурами нет электрического контакта, и только магнитное поле первой проникает во вторую.
Когда цепь первой катушки была замкнута, амперметр зарегистрировал короткий слабый импульс тока во второй катушке.
Фарадей назвал обнаруженное явление электромагнитной индукцией (т.е. «индукцией электричества через магнетизм»).
Кто открыл явление электромагнитной индукции
Еще изучение параллельно проводилось Джозефом Генри американским физиком в этом же году.
Поэтому на вопрос: «кто открыл явление электромагнитной индукции?»
Ответ такой, что открывший тот кто первый опубликовал открытие. А это Майкл Фарадей.
Изучение явления ЭМИ
Для подтверждения предположения о том, что индукционный ток генерируется переменным магнитным полем, Фарадей переместил катушки вдоль относительно друг друга.
Цепь первой все время остается замкнутой, через нее течет постоянный ток, но при перемещении (ближе или дальше) вторая катушка подвергается воздействию переменного магнитного поля первой.
Гальванометр снова зарегистрировал ток во второй катушке.
Индуцированный ток имеет одно направление, когда катушки приближаются друг к другу, и другое, когда катушки удаляются.
Чем быстрее движется катушка, тем больше индукционный ток.
Первая катушка была заменена постоянным магнитом. Когда магнит подносится ко второй катушке, возникает индукционный ток, который препятствует полю магнита. Когда магнит убирается, ток снова появляется, но в другом направлении.
Опять же, чем сильнее индуцированный ток, тем быстрее движется магнит.
Эти и последующие эксперименты показали, что во всех случаях при изменении магнитного поля «числа линий», пронизывающего контур, в проводящей цепи возникает индукционный ток.
Чем сильнее индуцированный ток, тем быстрее изменяется это число линий. При увеличении числа линий магнитной индукции, проходящих через цепь, ток будет идти в одном направлении, а при уменьшении числа линий — в другом.
Стоит отметить условия, что в этой цепи для величины тока важна только скорость изменения числа линий. Неважно, от чего и что именно происходит в этом случае — меняется ли само поле, пронизывающее стационарный контур, или контур перемещается из области одной плотности линий в область другой плотности. Такое явление возникновения или процесс объясняется явлением электромагнитной индукции.
Магнитный поток
Чтобы понять, что такое магнитный поток достаточно представить параллельные направленные линии пронизывающие ограниченный по площади контур.
Обозначим магнитный поток буквой Ф, а площадь ограниченной поверхности S.
В результате получим формулу закона Фарадея, указанную на рисунке.
Усложним задачу и представим, что вектор магнитной индукции двигается не перпендикулярно ограниченной поверхности S, а под углом α.
Тогда магнитный поток будет зависеть от угла α и вектора магнитной индукции 
,
максимальное его значение при 90 градусах и 0 при параллельном к поверхности.
Основной закон Фарадея:
Ф — магнитный поток измеряется в Вебер (Вб)
B — индукция магнитного поля Тесла (Тл)
S – квадратный метр (м2) площадь
формула выражает, что 1 Вб = 1 Тл·1 квадратный метр
В вышеперечисленных случаях магнитное поле является однородным.
Если это не так, то делим поверхность на очень большое число очень маленьких областей и вычисляем его малый поток с помощью того же уравнения, а затем складываем все вместе.
Закон электромагнитной индукции фарадея
Фарадей в своих опытах доказал закон ЭМИ, что индукционный ток будет сильнее за счет быстрейшего изменения магнитного потока пронизывающего замкнутый контур цепи проводника.
Если изменение магнитного потока за небольшой промежуток времени 
t равно Ф, то скорость изменения — это дробь 
(или, что то же самое, производная Ф по времени).
В результате видим ЭДС индукции для одного витка контура равна:
Если требуется ЭДС индукции для N витков, то
* N
В вышеперечисленных формулах присутствует знак минус, показывающий направление индукционного тока.
Правило Ленца
Индукционный ток, генерируемый в цепи, создает собственное магнитное поле, которое добавляется к внешнему в соответствии с принципом
суперпозиции.
Два магнитных потока — индивидуальный и внешний — связаны между собой однозначным образом.
Российский физик Эмиль Ленц в 1833 году определил правило (определение):
Взаимодействие магнита с контуром
Рассмотрим влияние магнита на замкнутый контур.
Когда магнит подносится к катушке, в её цепи возникает ток. Когда магнит убирается, ток снова появляется, но в другом направлении. Опять же, чем сильнее индуцированный ток, тем быстрее движется магнит. Стоит отметить, что в этой цепи для величины тока важна только скорость изменения положения магнита. Если магнит находится в неподвижном состоянии, то ток не возникает и равен нулю.
Вихревое электрическое поле
Электрическое поле вихревого тока отличается по некоторым свойствам:
Линии вихревых токов замкнуты, в то время как линии электростатического и статического поля заканчиваются отрицательным зарядом, а начинаются с положительного заряда. Поле вихревого тока не имеет потенциала и заставляет свободные заряды двигаться по замкнутому контуру с ненулевой работой. В противном случае вихревое поле не могло бы создавать ток. Так же, как мы знаем, электростатические и статические поля имеют потенциал. Таким образом, индуцированное электромагнитное поле в стационарном контуре — это работа вихревого тока, перемещающего единицу положительного заряда в контуре. В замкнутом проводящем контуре возникает ток в зависимости от скорости изменения магнитного потока.
ЭДС в движущемся проводнике
Если взять проводник с длиной 
, который движется со скоростью 
под углом 
к вектору индукции В то ЭДС индукции будет за счет изменения поля
в которой сила Лоренца действует на перемещающийся заряд q, производя работу А на длину перемещения l
Из схемы видно, что ток I походя через проводник с очень малым сопротивлением r и лампочки с сопротивлением R
но, ЭДС индукции
изменение произошло за счет площади
и формула имеет вид
Вращающаяся катушка и влияние магнитного поля
Поместим замкнутую прямоугольную рамку во вращающееся магнитное поле (Рисунок 1).
При вращении её магнитное поле пронизывается линиями эдс магнитной индукции, и благодаря наличию этих линий они взаимодействуют, создавая измененное общее электромагнитное поле.
Направление определяется правилом правой руки и обозначено на схеме крестиком и точкой.
При этом важно учитывать относительное движение проводников.
Ток в том же направлении возникает под действием поля.
Однако на проводник с током в магнитном поле действует электромагнитная сила, ориентированная по правилу левой руки.
По отношению к оси рамки электромагнитная сила образует момент, под действием которого она вращается в направлении вращения поля.
Вращение рамки по частоте всегда меньше частоты вращения поля.
Оно «скользит» относительно магнитного поля полюсов N и S.
Вследствие скольжения рамка генерирует электромагнитную энергию своего поля, токи и электромагнитные силы.
Скольжение дается в процентах и вычисляется по формуле указанной на схеме.
Невозможно вращать рамку с частотой магнитного поля, потому что при одинаковой скорости по частоте ток не проходит через проводники рамки, не генерируется электромагнитное поле, и не происходит возникновение электромагнитной силы.
Электрические двигатели
Асинхронный
На Рисунке 2 показан принцип работы двигателя переменного тока
Электродвигатель, работающий по такому принципу, называется асинхронным.
Синхронный
Если в магнитное поле вместо короткозамкнутой рамки поместить постоянный магнит или электромагнит с постоянным током в обмотке, то за счет взаимодействия магнитного поля с полем постоянного магнита возникает вращающий момент направленный в сторону вращающегося поля.
Постоянный магнит в постоянном магнитном поле стремится занять положение, при котором полярная ось магнита совпадает с направлением внешнего магнитного поля в направлении от южного полюса к северному.
Постоянный магнит «притягивается» к обратной стороне перемещающегося магнитного поля, т.е. он вращается в том же направлении и с той же частотой.
Двигатели, основанные на этом принципе, известны как синхронные двигатели.
Существует еще важное применение использования закона в электротехнике и электрических преобразователях энергии.
- при противоположном действии, когда производится механическое вращения ротора электродвигателя, при соблюдении определенных условий, он превращается в генератор.
- трансформатор состоит из двух контуров на одном сердечнике.
- отклонение стрелки ампера
Как рассчитать электродвижущую силу индукции через силу тока
ЭДС самоиндукции зависит от изменения силы тока, при этом магнитный поток собственного поля проходящий через эту цепь пропорционален току в ней:
В данном уравнении физическая величина L оказывается индуктивностью проводника помноженную на изменение силы тока за промежуток времени t.
Опыт Ампера, Опыты Фарадея, Правило левой руки
Опыт Ампера. Взаимодействие двух параллельных проводников с током. Действие магнитного поля на проводник с током. Направление и модуль силы Ампера.
Если по параллельным проводникам текут электрические токи, то противоположно направленные токи отталкиваются, токи одного направления притягиваются (опыт Ампера).
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера. Эта сила прямо пропорциональна силе тока I, длине проводника l (части проводника, находящейся в магнитном поле) и величине магнитного поля (модулю вектора индукции магнитного поля В), а также зависит от угла между вектором индукции магнитного поля и проводником: Fa = BIlsinα, где
α = ∠(B;I)
Максимальная сила Ампера действует, если ток направлен перпендикулярно магнитному полю: Fa = BIl
Направление силы Ампера (правило левой руки): Если левую руку расположить так, чтобы вектор В входил в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током.
На рамку с током в магнитном поле действует пара сил, в результате чего она поворачивается (см. рисунок).
Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея.
В 1831 г. М. Фаралей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает индукционный ток. (Индукция в данном случае — появление, возникновение.)
Индукционный ток в катушке возникает при:
— перемещении постоянного магнита относительно катушки;
— перемещении электромагнита относительно катушки;
— перемещении сердечника относительно электромагнита, вставленного в катушку;
— регулировании тока в цепи электромагнита;
— замыкании и размыкании цепи.
Явление возникновения электрического поля при изменении магнитного поля называется электромагнитной индукцией.
Если в изменяющееся магнитное поле поместить замкнутый проводящий контур, то появление тока в контуре свидетельствует о действии в контуре сторонних электрических сил (или о возникновении в контуре ЭДС индукции).
Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля, пронизывающего контур, является следствием электромагнитной индукции.
Основные области применении электромагнитной индукции: генерирование тока (индукционные генераторы на всех электростанциях, динамомашины), трансформаторы.