Опыты Фарадея по индуцированию электрического тока.

Мы знаем, магнитное поле создается электрическим током. Долгое время было непонятно, имеется ли обратная связь и можно ли возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля.

Фарадей дал положительный ответ на этот вопрос, осуществив опыт, имевший огромное значение для дальнейшего развития физики и техники. Принципиальная схема установки Фарадея приведена на рисунке. На деревянный стержень М намотаны два длинных куска изолированного медного провода. Концы одного из них через ключ К присоединены к батарее гальванических элементов Б, а концы другого – к гальванометру G. При неизменной силе тока в первой цепи гальванометр показывал отсутствие тока во второй. Однако при замыкании и размыкании ключа К стрелка гальванометра слегка отклонялась и затем быстро возвращалась в положение равновесия, что свидетельствовало о возникновении в проводнике 2 кратковременного тока, названного Фарадеем индукционным током. Направления индукционных токов при замыкании и размыкании ключа К были прямо противоположными. Заменив ключ К реостатом, Фарадей заметил, что при изменении силы тока I₁ в первом проводнике во втором по-прежнему наводится индукционный ток, направление которого зависит от того, уменьшается I₁ или увеличивается.

Изменение тока I₁ сопровождалось одновременным изменением его магнитного поля. Поэтому неясно было, что же является причиной возникновения индукционного тока: изменение тока I₁ или его магнитного поля в той части пространства, где находится второй проводник? Ответ на этот вопрос был получен Фарадеем с помощью следующих опытов. Надо взять две катушки, одна из которых, К₁ замыкается на батарею Б; по этой катушке идет постоянный ток I₁. Катушка К₂ замкнута на гальванометр. Если катушку К₁ приближать к К₂, в последней возникает индукционный ток I₂, направление которого показано на рисунке. При удалении катушки К₁ от К₂ ток I₂ также возникает, но имеет противоположное направление.

Аналогичная картина наблюдается при удалении или приближении катушки К₂ к неподвижной катушке К₁. Наконец, ток I₂ отсутствует, когда взаимное расположение катушек не изменяется.

Опыты Фарадея ясно показали, что причиной возникновения индукционного тока I₂ является изменение магнитного поля, пронизывающего катушку К₂. Чтобы окончательно убедиться в этом, Фарадей провел еще один опыт. Катушка с током была заменена длинным полосовым магнитом. При перемещении магнита вдоль оси катушки К₂ было обнаружено возникновение в ней индукционного тока, направление которого зависело от того, каким полюсом был обращен к катушке магнит и удалялся он от нее или приближался к ней. Результаты опыта полностью подтвердили сделанный выше вывод о причине возникновения индукционного тока.

Открытое Фарадеем явление получило название электромагнитной индукции.

Магнитный поток.

Прежде чем двигаться дальше, введем понятие магнитного потока.

Рассмотрим сначала плоскую площадку S, находящуюся в однородном магнитном поле с индукцией В. Магнитным потоком или потоком вектора магнитной индукции сквозь площадку S называют величину

,

где a – угол между направлением нормали к площадке и направлением индукции . Магнитный поток есть скалярная величина, равная полному числу линий магнитной индукции, проходящих через данную поверхность.

Магнитный поток характеризуется не только своей величиной, но и знаком, который зависит от того, какой знак имеет cosa. Этот знак зависит от выбора положительного направления нормали . Во всех электромагнитных явлениях всегда приходится рассматривать магнитный поток в связи с током, обтекающим контур, ограничивающий рассматриваемую поверхность. Поэтому положительное направление нормали естественно связать с направлением этого тока. Мы будем везде считать, что положительное направление нормали к площадке совпадает с направлением перемещения буравчика с правой нарезкой, вращаемого в направлении тока. Отсюда, в частности, следует, что магнитный поток, создаваемый каким-либо проволочным контуром с током, сквозь поверхность, ограниченную им самим, всегда положителен.

Магнитный поток выражается в системе СИ в веберах (Вб).