2.4.1. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ПРАВИЛО ЛЕНЦА

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного. При изменении сцепленного с контуром потока магнитной индукции, в контуре возникает индукционный ток; возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой электродвижущей силой электромагнитной индукции, величина которой определяется законом Фарадея-Ленца:

.

Здесь знак «минус» показывает, что увеличение потока  вызывает ЭДС ei < 0, т.е. поле индукционного тока направлено навстречу потоку; уменьшение потока  вызывает ei > 0, т.е. направление потока и поля индукционного тока совпадают.

Правило Ленца: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот индукционный ток.

Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этого используют генераторы. Принцип действия основан на том, что в однородном магнитном поле равномерно вращается рамка, в которой возникает переменная ЭДС, изменяющаяся по гармоническому закону. Процесс превращения механической энергии в электрическую обратим. Если по рамке, помещенной в магнитное поле, пропускать электрический ток, то на нее будет действовать вращающий момент, и рамка начнет вращаться.


На этом принципе основана работа электродвигателей, предназначенных для превращения электрической энергии в механическую.

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи оказываются замкнутыми в толще проводника и поэтому называются вихревыми (токи Фуко). Токи Фуко, как и индукционные токи в линейных проводниках, подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующему вихревые токи. Вследствие возникновения вихревых токов быстропеременный ток оказывается распределенным по сечению провода неравномерно – он, как бы, вытесняется на поверхность проводника. Это явление получило название скин-эффекта или поверхностного эффекта.

Разность потенциалов на концах провода, движущегося со скоростью  в магнитном поле равна:

,

где l – длина провода, a – угол между векторами и .

Заряд, протекающий по замкнутому контуру при изменении магнитного потока (), пронизывающего этот контур, равен:

,

где R – сопротивление контура.

Индуктивность контура – это коэффициент пропорциональности между полным магнитным потоком, пронизывающим контур, и током в контуре:

,

где y – потокосцепление (полный магнитный поток), пронизывающий контур с током I.