Электронный механизм возникновения электродвижущей силы индукции.

Круг явлений, который мы относим теперь к электромагнитной индукции не ограничивается теми, что наблюдались в опытах Фарадея. Та же природа и у хорошо знакомого вам по школьному курсу эффекта возникновения ЭДС в

движущихся в магнитном поле незамкнутых проводниках. И вообще всякий раз, когда меняется «структура магнитного поля».

На рисунке проводящий стержень движется перпендикулярно линиям

магнитного поля (например, антенна автомобиля, самолет в магнитном поле Земли). Между концами этого стержня возникает разность

потенциалов, которую можно зарегистрировать, например, электрометром. Какова причина? Ведь тут нет никакого «замкнутого проводящего контура», чтобы хотя бы формально можно было применить закон ЭМИ Фарадея. В проводнике происходит реальное разделение зарядов. Что же «толкает» электроны проводимости металлического стержня, заставляя их скапливаться на концах проводника? В данном случае – это сила Лоренца! На рисунке показан вид сверху на участок проводника в увеличенном масштабе и один из свободных электронов внутри него. Ведь свободные электроны вовлечены в направленное движение со скоростью вместе со стержнем в магнитном поле. Возникающая ЭДС электромагнитной индукции равна как раз удельной работе «сторонней силы» – силы Лоренца, точнее ее параллельной проводнику составляющей. Работа этой силы по разделению зарядов в проводнике равна:

A_cтор = qvBl

После деления её на перенесённый заряд получим:

 

ε _i = =

Сам этот результат известен со школы, только для простоты мы избрали для анализа ситуации простейшую геометрию – стержень движется в плоскости

перпендикулярной линиям индукции однородного магнитного поля. Очевидно что, если между скоростью стержня и вектором есть угол α, то

ε _i = sinα.

 

Таким образом одной из причин возникновения ЭДС индукции является работа «сторонней силы» – параллельной проводнику составляющей силы Лоренца.

 

Однако, магнитный поток через контур может изменяться также за счет

изменения во времени вектора магнитной индукции в неподвижных проводниках. В этом случае объяснения возникновения ЭДС оказывается в принципиально другим.

 

Анализируя явление электромагнитной индукции, Максвелл (Д.К. Максвелл (1831 – 1879) английский физик, сформулировавший теорию электромагнитного поля) заключил, что причина появления ЭДС индукции в неподвижных проводниках заключается в возникновении вихревого электрического поля, вследствие изменения магнитного поля.

 

Всякое изменения магнитного поля всегда сопровождается появлением электрического поля и, наоборот, всякое изменение электрического поля приводит к появлению магнитного поля. Это взаимное превращение электрического и магнитного полей было открыто в начале второй половины XIX века Максвеллом, который развил общую теорию электромагнитного поля в покоящихся средах.