как формулируется закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции, который является основой работы многих электрических устройств и технологий, был открыт Майклом Фарадеем в 1831 году. Этот закон описывает явление появления электрического тока в замкнутом проводнике, когда его окружает изменяющееся магнитное поле.

Формулировка закона:

«В замкнутом контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС), если магнитный поток, проходящий через этот контур, изменяется во времени.»

То есть, если через проводник или замкнутый контур проходит изменяющееся магнитное поле, то в этом проводнике возникает электрическое напряжение (ЭДС), которое и вызывает ток, если контур замкнут.

Подробное объяснение:

1. Магнитный поток — это мера того, сколько магнитных линий поля проходит через некоторую поверхность, ограниченную проводником. Он зависит от силы магнитного поля, площади поверхности и угла между магнитным полем и нормалью к этой поверхности. Формула для магнитного потока ${\Phi }_B$:

$${\Phi }_B=B\cdot A\cdot \cos (\theta )$$

где:

• $B$ — магнитная индукция (сила магнитного поля),

• $A$ — площадь поверхности, через которую проходит магнитный поток,

• $\theta$ — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности.

2. ЭДС индукции — это напряжение, которое возникает в проводнике, когда магнитный поток, через который он проходит, изменяется. Если поток меняется, то возникает электродвижущая сила, которая заставляет электроны двигаться по проводнику, создавая электрический ток. Закон Фарадея индукции утверждает, что ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока:

$$\mathcal{E}=-\frac{d{\Phi }_B}{dt}$$

где:

• $\mathcal{E}$ — индуцированная ЭДС (в вольтах),

• $\frac{d{\Phi }_B}{dt}$ — скорость изменения магнитного потока по времени.

3. Минус в формуле — это знак Ленца, который указывает на направление индукционного тока. Он говорит о том, что индуцированный ток всегда будет создавать магнитное поле, противоположное изменению магнитного потока, которое его вызывает. Это явление соответствует закону сохранения энергии и принципу предотвращения изменений в магнитном поле.

4. Принцип работы:

   • Если магнитное поле меняется во времени, это вызывает изменение магнитного потока через проводник.

   • Это изменение приводит к возникновению ЭДС.

   • Если проводник замкнут (например, в виде кольца), то в нем возникает электрический ток.

5. Практическое значение:

   • Этот закон лежит в основе работы трансформаторов, генераторов и электрических двигателей.

   • В генераторах, например, вращение катушки в магнитном поле приводит к изменению магнитного потока и вызывает индуцированный ток.

   • В трансформаторах изменяющийся ток в одном контуре индуцирует ток в другом, что позволяет передавать электрическую энергию на большие расстояния с минимальными потерями.

Пример:

Представьте себе проводник, который находится в магнитном поле, и этот проводник начинает двигаться. Пока он движется, магнитный поток, проходящий через него, будет изменяться, что вызовет появление ЭДС, и, если контур замкнут, в нем возникнет ток.

Роль закона в современных технологиях:

• В современных технологиях принцип электромагнитной индукции используется в трансформаторах, электрических двигателях, генераторах и других устройствах.

• В трансформаторах изменение тока в первичной обмотке вызывает изменение магнитного потока в сердечнике, что в свою очередь индуцирует ток в вторичной обмотке.

• В электрических генераторах, когда катушка проводника вращается в магнитном поле, происходит индукция тока.

Закон электромагнитной индукции является одним из важнейших законов в области электромагнитных явлений и лежит в основе многих электрических и электронных технологий, которые мы используем ежедневно.