Вопрос 9. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Особенности явления:

1) чем быстрее изменится число линий магнитной индукции, тем больше возникающий ток;

2) независимость явления возникновения индукционного тока от причины изменения числа линий магнитной индукции.

 Правило Ленца: определяет направление индукционного тока и гласит:

Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея при изменении магнитного потока , пронизывающего электрический контур, в нём возбуждается ток, называемый индукционным. Величина электродвижущей силы, ответственной за этот ток, определяется уравнением:

E i n d = − d Φ d t, {\displaystyle {\mathcal {E}}^{ind}=-{\frac {d\Phi }{dt}},}

где знак «минус» означает, что ЭДС индукции действует так, что индукционный ток препятствует изменению потока. Этот факт и отражён в правиле Ленца.

Ворпос10. Действие магнитного поля на проводники с током Закон Ампера.

Магнитное поле действует на проводник с током с силой Ампера, равной произведению индукции магнитного поля, силы тока в проводнике, его длины и синуса угла между направлением тока и вектором индукции.

Магнитные взаимодействия между проводниками с током и ориентирующее действие магнитного поля на рамку с током вызваны тем, что магнитное поле действует на участки с проводником тока. Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера в честь . Ампера, который подробно описал её свойства.

Сила Ампера всегда направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера можно пользоваться правилом правого буравчика: воображаемый буравчик располагается перпендикулярно плоскости, содержащей вектор и проводник с током, затем его рукоятка поворачивается от направления тока к направлению вектора в пределах меньшего угла между ними. Поступательное перемещение буравчика будет показывать направление силы Ампера. Если вектор магнитной индукции B перпендикулярен проводнику, то направление силы Ампера можно определить с помощью правила левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Измерение силы Ампера даёт возможность найти не только направление вектора магнитной индукции, но и его модуль. Согласно опытным данным модуль силы Ампера,  пропорционален силе тока в проводнике, модулю вектора магнитной индукции,  длине проводника, и синусу угла между направлением тока в проводнике и направлением вектора магнитной индукции, α:

, (3.1) откуда следует, что

Уравнение (3.1) называют законом Ампера, а соотношение (3.2) позволяет определить модуль магнитной индукции и найти единицу для его измерения. За единицу магнитной индукции в СИ принимают магнитную индукцию однородного магнитного поля, действующего с силой  на участок проводника длиной  при силе тока в нем , ориентированный перпендикулярно к линиям магнитной индукции. Эта единица магнитной индукции получила название тесла  в честь югославского физика Н. Тесла. Согласно (3.2)

.

Силы Ампера – это силы, ориентирующие рамку с током в магнитном поле. На рисунке 3 в показана рамка с током, находящаяся в однородном магнитном поле с вектором индукции, параллельным плоскости рамки. Правило левой руки определяет направления, в которых действуют силы на противоположные стороны рамки  Видно, что эти силы стремятся повернуть рамку вокруг оси ОО ₁ так, чтобы ее плоскость была перпендикулярна вектору магнитной индукции. Когда плоскость рамки становится перпендикулярной вектору магнитной индукции, силы перестают вращать ее.

Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

где — угол между векторами магнитной индукции и тока, — индукция магнитного поля, — сила тока в проводнике, — длина проводника.

Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.
Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:

где — сила, с которой магнитное поле действует на бесконечно малый проводник с током — элемент длины проводника.

Размерность:

Направление силы определяется по правилу вычисления векторного произведения, которое удобно запомнить при помощи правила правой руки.
Сила максимальна, когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции